Faserforschung und Textiltechnik: Band 15, Heft 4 April 1964 [Reprint 2021 ed.] 9783112488867, 9783112488850

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1964

Faserforschung und Textiltechnik WISSENSCHAFTLICH-TECHNISCHE

ZEITSCHRIFT

AUS

D I M

I N H A L T

F Ü R DIE C H E M I E F A S E R - U N D T E X T I L I N D U S T R I E Barthel und Schauer

BEGRÜNDET

Untersuchungen zur Entwicklung eines Auto-Sicherheitsgurtes

VON

ERICH C O R R E N S

UND

WALTER

FRENZEL

de B e e r Beobachtungen zu den F o r m e l n von G r o s b e r g und Giesekus zur V e r z u g s t h e o r i e

HERAUSOEGEBEN WOLFGANG

VON

BOBEIH

-

ERICH HANS

CORRENS BOHRINGER

-

HERMANN

KLAR I

Kratzsch, Riehl und T r ö l l e r E r m i t t l u n g d e r F i l z f ä h i g k e i t von K a m m z u g und loser W o l l e Baudisch, Philipp» S c h m i e d e k n e c h t und Schleicher Z u m Einfluß des G e l t e i l c h e n g e h a l t e s von Viskosespinnlösungen auf die F e s t i g k e i t daraus h e r g e s t e l l t e r C e l l u l o s e r e g e n e r a t faden und d e r e n Teilchenzahl nach Lösen in E W N N PeCeny Z u r B e s t i m m u n g des L u f t g e h a l t e s in Spinnviskosen von H o r n u f f und Richter Studien über d i e chemische Z u s a m m e n « setzung d e r B a u m w o l l f a s e r n v e r s c h i e d e n e r Anbaugebiete Kurze Mitteilungen Ü b e r die Bildungsweise d e r b e i m V e r spinnen von Polyacrylnitril-Lösungen unter b e s t i m m t e n Bedingungen entstehenden Radialkapillaren P r o b l e m e der Glasseidentechnologie (Kolloquium) N e u e Bücher Patentschau Literaturschau

VERIAG BERLIN Faserforsch, u. T e x t i l t e c h n . • 15. Jahrg. • H e f t 4 . Seiten 137-192 « Berlin im A p r i l I M *

VS2

A u f A p p r e t u r m i t t e l a u s S c h k o p a u ist V e r l a ß Sie verfügen über eine Reihe besonderer Vorzüge, die sie dem modernen Textilbetrieb unentbehrlich machen. D i e Spezialeinstellungen auf die verschiedenen Faserarten bieten unschätzbare Vorteile für den Ausfall der Fertigware.

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4

Faserforschung und Textiltechnik

1964

ZEITSCHRIFT W I S S E N SC HAFTLICH-TECH N I S C H E FÜR D I E C H E M I E F A S E R - UND T E X T I L I N D U S T R I E BEGRÜNDET

VON

ERICH CORRENS UND W A L T E R

FRENZEL

H E R A U S G E G E B E N V O N E. C O R R E N S W. B O B E T H - II. BÖ II R I N G E R - II. K L A R E S C H R I F T L E I T E R J. B R Ä M E l l I N H A L T 137

145

148

7tolf Barthel und Gottfried Schauer Untersuchungen zur P^ntwickhirig' eines heilsgurtes

Auto-Sicher-

G. P. de Beer Beobachtungen zu den F o r m e l n v o n Grosberg und Giesekus zur Verzugs theo rie Christine Kratzsch, II ans-Joachim Riehl und Hermann Tröller E r m i t t l u n g der F i l z i a h i g k e i t v o n K a m m z u g und loser Wolle

153

Josef Baudisch, Burkart Philipp, Heiner Schmiedeknecht und Harry Schleicher Z u m Einfluß des (ielteilehengehall.es v o n Viskosespinnlösungen auf die F e s t i g k e i t daraus hergestellter Gellu1 ose regen erat laden und deren T e i lehenzahl nach Lösen in K W ' N N

157

Budolf Peceny Zur B e s t i m m u n g des Luftgehalt.es in Spinn viskosen

165

G ii n ther von 1 / orn uff und Iiarald 1lief der Studien über die chemische Zusammensetzung Ba u m w oll fasern verschiedener A n b a u g e b i e t e

179

der

K u r z e Mitteilungen U b e r die Bildungsweise der beim Verspinnen v o n P o l y acryInitri 1-Lösungen unter b e s t i m m t e n Bedingungen entstehenden Radial kapillaren

180

Problerne der Glasseidentechnologie

185

Neue Bücher

189

Patentschau

190

Literaturschau

(Kolloquium)

Die Zeitschrift „Faserforschung und Textiltechnik" erscheint monatlich in Heften zu 48 Textseiten im Format A 4. Der Preis für das Einzelheit beträgt DM0, — , für den Vierteljahrbezug DM27,— zuziigl. Bestellgeld. Die Berechnung erfolgt zu Beginn eines Vierteljahrs für 3 Hefte. Bestellungen aus dem Gebiet der Deutschen Demokratischen Republik an ein Postamt, eine Buchhandlung oder den Verlag, aus der Deutschen Bundesrepublik an eine Buchhandlung oder die Auslieferungsstelle Kunst und Wissen, Erich Bieber, Stuttgart S, Wilhelmstraße 4 — 6, aus dem Ausland an eine Importbuchhandlung, den Deutschen Buch-Export und -Import, GmbH., Leipzig C1, Postschließfach 276, oder den Akademie-Verlag GmbH., Berlin W 8, Leipziger Str. 3 - 4 (Fernruf: 220441; Telex-Nr. 011773; Postscheckkonto 35021) erbeten. Bestellnummer dieses Heftes: 1014/15/4. Alleinige Anzeigenannahme DEWAG-WEKBUNG, Berlin C 2, Rosen thaler Str. 28/31, und alle DEWAG-Betriebe in den Bezirksstädten der DDll. Bestellungen in der UdSSR nehmen entgegen: Städtische Abteilungen von „SOJTJZPECHATJ" bzw. Postämter und Postkontore. Herausgeber und verantwortlich für den Inhalt: Prof. Dr. Erich Correns, Institut für Faserstoff-Forschung der Deutschen Akademie der Wissenschaften zu Berlin, Teltow-Seehof, Fernruf: Teltow 4431; Prof. Dr.-Ing. habil. Wolf gang Boheth, Institut für Technologie der Fasern der Deutschen Akademie der Wissenschaften zu Berlin, Dresden A 1, Hohe Str. 6, Fernruf: Dresden 40837; Prof. Dr.-Ing. Hans Böhringer, Institut für Textiltechnologie der Chemiefasern Rudolstadt, Fernruf: Rudolstadt 2031; Prof. Dr. Hermann Klare, Institut für Faserstoff-Forschung der Deutschen Akademie der Wissenschaften zu Berlin, Teltow-Seehof, Fernruf: Teltow 4431. Schriftleiter: Joachim Brämer, Teltow-Seehof, Kantstr. 55. Verlag: Akademie-Verlag GmbH., Berlin W 8, Leipziger Str. 3 — 4. Satz und Druck: Druckhaus „Maxim Gorki", Altenburg. — Veröffentlicht unter der Lizenznummer 1280 des Presseamtes beim Vorsitzenden des Ministerrates der Deutschen Demokratischen Republik. Manuskriptsendungen von chemischen Beiträgen sind an die Herren Prof. Dr. Correns oder Prof. Dr. Klare, von technologischen Beiträgen an die Herren Prof. Dr. Bobeth oder Prof. Dr. Böhringer zu richten. Für Inhalt nnd Form gelten die „Richtlinien für die Annahme und Abfassung von Beiträgen", erhältlich von der Schriftleitung. Die Verfasser größerer wissenschaftlicher Arbeiten erhalten außer dem Honorar ein Heft und 50 Sonderdrucke ihrer Arbeit unentgeltlich. Nachdrucke sowie Übersetzungen in fremde Sprachen des Inhalts dieser Zeitschrift und deren Verbreitung — auch auszugsweise mit Quellenangabe — bedürfen der schriftlichen Vereinbarung mit dem Verlag.

HERBERT

GERSTNER

Die Chemie der Applikation von Komplexfarbstoffen (Veröffentlichungen auf dem G e b i e t e der Faserstoff-Forschung und T e x t i l t e c h n i k ) 1959. 202 Seiten - 21 A b b i l d u n g e n 26 Tabellen -

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Das W e r k gibt einen guten Ü b e r b l i c k über die neuer» Ergebnisse

bezüglich der

Kon-

stitution und der A n w e n d u n g von Beizenfarbstoffen bei den verschiedensten T e x t i l materialien, — v o r allem bei den modernen synthetischen Fasern. D e r Verfasser hat besonderen W e r t auf die Schilderung der modernen Metallkomplexe gelegt, die z u r Z e i t im V o r d e r g r u n d

des Interesses der

Echt-

färberei stehen. A b e r auch andere neuere Erkenntnisse,

beispielsweise der T ü r k i s c h -

rotfärberei und die jüngste Entwicklung auf dem Gebiet

der wichtigen

Phtalocyanine

w e r d e n berücksichtigt. D a die A r b e i t e n in sehr vielen Zeitschriften zerstreut veröffentlicht w o r d e n sind, w i r d die v o m Verfasser geschriebene

Zusammenfassung sicher all-

gemein begrüßt werden.

Bestellungen

durch eine Buchhandlung

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AKADEMIE-VERLAG - BERLIN

F a s e r f o r s c h u n g und T e x t i I t e c h n i k WISSENSCHAFTLICH-TECHNISCHE

ZEITSCHRIFT

B a n d 15

FÜR DIE C H E M I E F A S E R -

UND

TEXTILINDUSTRIE

April 1964

Meli 4

Untersuchungen zur Entwicklung eines Auto-Sicherheitsgurtes Uolf Barthel

und Gottfried

Deutsche Akademie

Schauer

der Wissenschaften

zu lierlin,

Institut

für Technologie

der fasern

in

Dresden

DK ('.77.494.675-042.2: 677.755 : (120.172.222 629.113:614.89 A u t o - S i c h e r h e i t s g u r t e müssen ein liohes bleibendes A r b e i t s a u f n a h m e v e r n i ö g e n besitzen, eine Materialeigenschaft, die v o n n u r gering verstreckf er P o l y a m i d s e i d e bekannt, ist. A n G u r t e n ans leilverstreckter Polyamidseide wurde das Ivraft-Dehnungs-Verhalten s t a t i s c h sowie d y n a m i s c h u n t e r s u c h t . Von 30 bis 4 0 % D e h n u n g an erfolgt bei d y n a m i s c h e r Belastung die weitere D e h n u n g bis /.um Bruch mit k o n s t a n t e r K r a f t ; der elastische A r b e i t s a n t e i l liegt u n t e r 2 0 % . MccjiedoeaHun

no paspaoomKe

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ripefloxpauHTejibHbie peMtiH ^oit>KHbi oCuiajaTb b l i c o k o h ocTaTomioii yaejitnoM paöoToii ^oijiopMaitHH, t . c. CBOHCTBOM, XapaKTepHbIM TOJlbKO aJlH TIOJIHaMHJHOrO ine.TTKa C HeÖOJIblUOH CTeneHblO HblTHiKKH. B CTaTHHeCKMX m aHHaMiinecKHx ycjioBiiax 5bijrn H.mieiibi upHBbie Harpy3Ka-yanHiienHe peMiieii m;s nacTHHiio BHTHHyroro nojiHaMHAHoro rnejiKa. B cjiynae sniiaMHHecKOii narpyaKH aajibnetiiiiee yantiHettMe a o paspbiBa ripoHcxosiiT e nocTOHHiibiM vatJineM, n a m m a n o v^jraneiiHfi, p a m i o r o 30—40°;',; j o j i h y n p y r o f i paöoTbi no npoBbimaeT 20%. Investigations

in the Development

of an Automobile

Safety

Belt

A u t o m o b i l e s a f e t y bells must be characterised by a high p e r m a n e n t a b s o r p t i o n c a p a c i t y of energy of deform a t i o n which is k n o w n to occur in slightly s t r e t c h e d p o l y a m i d e m u l t i f i l a m e n t y a r n s . T h e stress-strain c u r v e of belts o b t a i n e d f r o m p a r t l y s t r e t c h e d p o l y a m i d e m u l t i f i l a m e n t y a r n s has been i n v e s t i g a t e d b y s t a t i c a n d d y n a m i c m e t h o d s . F r o m s t r a i n values of 30 — 4 0 % the f u r t h e r s t r a i n increase u p to t h e failure proceeds in d y n a m i c experim e n t s at c o n s t a n t stress. The elastic c o m p o n e n t of the energy of d e f o r m a t i o n is lower t h a n 2 0 % .

1

Einleitung

Die rasch z u n e h m e n d e Dichte des S t r a ß e n v e r k e h r s in allen L ä n d e r n h a t a u c h eine m i n d e s t e n s gleich h o h e Steiger u n g der Unfallziirern m i t sich g e b r a c h t . Der K r a f t f a h r z e u g b a u h a t deshalb n a c h Möglichkeiten gesucht, die meist schweren Unfallfolgen f ü r die F a h r z e u g i n s a s s e n zu m i n d e r n . Ks k o m m t in erster Linie darauf an, die Personen vor d e m A u f p r a l l auf feste Teile im F a h r z e u g zu b e w a h r e n . Als p r a k t i s c h v o r e r s t wirkungsvollste M a ß n a h m e hierzu h a t sich das Anlegen v o n T e x t i l g u r t e n erwiesen. Beim U n fall h ä l t ein solcher G u r t den K ö r p e r z u r ü c k , j e d o c h nicht, starr, sondern nachgiebig. Die Nachgiebigkeit wird v o n der D e h n f ä h i g k e i t des G u r t m a t e r i a l s b e s t i m m t ; sie soll so groß sein, d a ß der i m P K W z u r V e r f ü g u n g s t e h e n d e freie R a u m voll g e n u t z t wird. Bei zu s t a r r e m G u r t wird die Verzögerung, der der Mensch b e i m A b b r e m s e n ausgesetzt ist, zu groß, ebenso a u c h die F l ä c h e n p r e s s u n g , die aus der b e g r e n z t e n G u r t b r e i t e u n d den i m G u r t w i r k s a m w e r d e n d e n K r ä f t e n resultiert. E x p e r i m e n t e zeigten, d a ß der K ö r p e r einer erw a c h s e n e n P e r s o n ä u ß e r s t kurzzeitige Verzögerungen bis z u m 50- oder gar lOOfachen der E r d b e s c h l e u n i g u n g ohne b e d e u t e n d e n S c h a d e n e r t r a g e n k a n n [1]. F ü r einen Sicherh e i l s g u r t ist es n o t w e n d i g , Faserstoife einzusetzen, deren K r a f t - D e h n u n g s - D i a g r a m m eine sehr große Arbeitsfläche a u f w e i s t , d e n n u m die b e i m Unfall v o m G u r t a u f g e n o m m e n e A r b e i t v e r m i n d e r t sich die kinetische Energie des Insassen. Die G e s a m t a r b e i t t e x t i l e r Materialien setzt sich aus elastischen u n d plastischen Anteilen z u s a m m e n . Der elastische Anteil m u ß gering sein, da die d u r c h ihn im Gurt gespeicherte Energie n a c h der A b b r e m s u n g wieder frei wird u n d den F a h r z e u g i n s a s s e n in den Sitz z u r ü c k s c h l e u d e r t . Bei sehr elastischen G u r t e n k a n n es ebenfalls zu schweren V e r l e t z u n gen k o m m e n , z. B. a n der Wirbelsäule. Es ist d e s h a l b n o t wendig, G u r t e m i t h o h e m plastischen A r b e i t s a u f n a h m e Vermögen zu entwickeln. 1 Fiiserforschung

Von L ä n d e r n wie Schweden, die sich bereits einige J a h r e mit der inneren Sicherheit der K r a f t f a h r z e u g e u n d den Sicherheitsgurten beschäftigen, ist b e k a n n t , d a ß vorwiegend Polyesterseiden f ü r die G u r t h e r s t e l l u n g v e r w e n d e t w e r d e n . Es h a n d e l t sich u m spezielle, besonders s c h r u m p f r e i c h e T y p e n , die zuin G u r t verarbei IeL n a c h einer S c h r u m p f b e h a n d lung g u t e plastische D e h n f ä h i g k e i t bei n u r geringer elastischer B ü c k w i r k u n g besitzen [1, 2], A u c h G u r t e aus P o l y a m i d s e i d e sind im G e b r a u c h . Auf G r u n d der F o r d e r u n g n a c h einem großen A u f n a h m e v e r m ö g e n a n bleibender A r b e i t lag die V e r m u t u n g n a h e , d a ß eine n u r z u m geringen Teile vers t r e c k t e P o l y a m i d s e i d e zur H e r s t e l l u n g v o n A u t o s i c h e r h e i t s g u r l e n besonders g u t geeignet sei. Die übliche V e r s t r e c k u n g der P o l y a m i d s e i d e auf S t r e c k z w i r n m a s c h i n e n dient b e k a n n t lich einer möglichst w e i t g e h e n d e n H e r a b s e t z u n g des plastischen D e h n - u n d d a m i t A r b e i t s v e r m ö g e n s , die f ü r die bek a n n t e n A n w e n d u n g e n des Materials n o t w e n d i g ist. U n m i t t e l b a r n a c h der l i r s p i n n u n g oder n a c h einer n u r geringen V e r s t r e c k u n g b e s i t z t P o l y a m i d noch ein sehr hohes A r b e i l s a u f n a h m e v e r m ö g e n m i t g r o ß e m plastischen Anteil. So zeigten bereits U n t e r s u c h u n g e n v o n (-*. Ardenne und Panzer [3] an u n v e r s t r e c k t e n P o l y a m i d f ä d e n ein i m H i n blick auf die V e r w e n d u n g f ü r A u t o s i c h e r h e i t s g u r t e günstiges V e r h a l t e n . I m F a l l v e r s u c h w a r die V e r z ö g e r u n g einer abg e b r e m s t e n Masse p r a k t i s c h ü b e r der g e s a m t e n A b b r e n i s zeit k o n s t a n t . Die vorliegende A r b e i t d i e n t eingehenderen U n t e r s u c h u n gen zur A n w e n d u n g n u r l e i l v e r s t r e c k t e r P o l y a m i d s e i d e f ü r A u t o s i c h e r h e i t s g u r t e . I n s b e s o n d e r e gilt es, die a m F a d e n g e f u n d e n e n E i g e n s c h a f t e n t e x t i l k o n s t r u k t i v auf den G u r t zu ü b e r t r a g e n u n d das d y n a m i s c h e V e r h a l t e n des G u r t e s zu s t u d i e r e n . H i e r z u sollen die f r ü h e r [3] nicht e r f a ß t e n K r a f t D e h n u n g s - E i g e n s c h a f t e n a u f g e n o m m e n werden, u m beispielsweise a u c h A u s s a g e n ü b e r den Anteil der elastischen A r b e i t m a c h e n zu k ö n n e n .

F a s e r f o r s c h u n g u n d T e x t i l t e c h n i k 15 (1944) H e f t 4

138

Barthel

und Schauer:

Untersuchungen zur E n t w i c k l u n g eines Auto-Sicherheilsgurles

Gurt

Bild 1. Berechnungsmodell für die Abbremsung einer Masse von der Anfangsgeschwindigkeit auf die Endgeschwindigkeit vE durch einen Gurt

2 Theoretische

Betrachtungen

Wie amerikanische Analysen [4] vieler Kraftfahrzeugunfälle ergaben, t r i t t der besonders gefährliche frontale S t o ß des Fahrzeuges auf ein festes Hindernis sowohl im S t a d t - als auch im Uberlandstraßenverkehr mit 6 6 % bzw. 5 4 % weitaus am häufigsten auf. Über die dabei existierenden komplizierten Zusammenhänge zwischen der Verformung des Wagenvorbaues und dem Innenraum des Wagens wurden u. a. von Eberan-Eberhorst und Keil [4, 5] Berechnungen angestellt. F ü r die nachfolgenden eigenen Untersuchungen sollen notwendige Berechnungen auf die Beziehungen zwischen der Person im Fahrzeuginneren und dem Gurt begrenzt bleiben. Bild 1 stellt das Berechnungsmodell dar. Der Gurt ist links entsprechend seiner Aufhängung an Teilen der Fahrzeugkarosserie eingespannt und rechts mit der Körpermasse m verbunden. Beim Unfall, beginnend mit der Anfangsgeschwindigkeit c A , wird der Gurt um die Bremsstrecke sB gelängt und die Geschwindigkeit der Masse m auf vE herabgesetzt, bevor der Gurt zerreißt (für vE > 0). Die am F e s t p u n k t auftretende mittlere Bremskraft PB errechnet sich nacli dem Energiesatz T 1 vor +

k'vor = ^n n oli

f-nacln

^ vor =

m ^ 2 «'S,

rn

^ vor "l -.) Pn [m sB PB vA

= = = =

vE

=

7'yor, nncli = nach — lB b

Ag

= =

=

^ nach

=

2

1 nach

2 ="• PB

£f

300 *00 Gurtarbeit

'El-

und die Bremsverzögerung b ergibt sich nach v dv = b ds, VE j v dv = »a „2

—

*>K

J 0

b ds,

b • sB, b =

(3)

Die vom Gurt aufzunehmende Arbeit AG ist (4)

Aa = PB-SB.

Aus diesen Beziehungen lassen sich die Zusammenhänge zwischen der Arbeit Ae und der Endgeschwindigkeit vE bzw. der Bremsverzögerung b für verschiedene Körpermassen, Anfangsgeschwindigkeiten und Bremswege ableiten.

/Cl

\•/

Die Bremszeil ist (unter der vereinfachenden Voraussetzung linearer Geschwindigkeitsabnahme)

Va

600kpmT00

Aus den Gleichungen (1) und (4) folgt für v E

• «B

Masse des Fahrzeuginsassen, Bremsweg, größte Längung des Gurtes, mittlere B r e m s k r a f t über dem B r e m s w e g sB, Anfangsgeschwindigkeit der Masse m zu Beginn der B e l a s t u n g , Endgeschwindigkeit der Masse m nach dem Zerreißen des Gurtes, K i n e t i s c h e Energie vor bzw. n a c h der Belastung, Potentielle Energie vor bzw. nach der B e l a stung, Bremszeit, mittlere Bremsverzögerung (im D i a g r a m m Bild 3 als Vielfaches der Erdbeschleunigung angegeben), Gurtarbeit).

t„ =

SOO

Bild 2. Theoretische Abhängigkeit der Endgeschwindigkeit vE vom Arbeitsaufnahmevermögen AG eines Gurtes für verschieden große abzubremsende Massen in und Anfangsgeschwindigkeiten als P a r a m e l e r

m 2 i n = T) • vs + Pb • >>B,

= o 2 • sB

A6

(2)

'¿Ae m

Im Diagramm Bild 2 sind für zwei Körpermassen mit m = 70 kg und m — 35 kg sowie für die Anfangsgeschwindigkeiten vA — 100, 80, 60, 40 km/h die zu erwartenden Endgeschwindigkeiten, d. h. also die

Ä20 6

CD

10

200

300 400 Gurtarbeit A6

500

600kpm700

Bild 3. Theoretische Abhängigkeit der Bremsverzögerung b — ausgedrückt in Vielfachen der Erdbeschleunigung g — vom Arbeitsaufnahmevermögen Aq eines Gurtes für verschieden große abzubremsende Massen m und Bremswege sB als P a r a m e t e r

F a s e r f o r s c h u n g u n d T e x t i l t e c h n i k 15 (1964) H e f t 4

Jiarthel und Schauer: Untersuchungen zur Entwicklung eines Auto-Sicherheilsgurtes

139

Geschwindigkeiten, auf die h e r a b ein K ö r p e r durch den bis z u m Zerreißen belasteten G u r t a b g e b r e m s t werden k a n n , in Abhängigkeit vorn A r b e i t s a u f n a h m e v e r m ö g e n des Gurtes dargestellt. Das n a c h der aus den Gleichungen (1), (3) und (4) abgeleiteten Beziehung

Impulsfortpflanzung, erschien dies günstiger als eng kreuzende K e t t f ä d e n . Der S c h u ß b e s t a n d aus einem Baumwollzwirn 2 X N m 2 0 / 2 (50 t e x X 2 X 2 d ) . W i e aus der S c h n i t t zeichnung des Bildes 4 zu e n t n e h m e n ist, weist dieser Gurt an seiner Oberseite eine ausgeprägte Querrippens t r u k t u r auf, die ihm eine hohe Quersteifigkeit bei gleichzeitig guter Längsflexibilität verleiht. Diese R i p p e n s t r u k t u r wurde a u ß e r d e m besonders deshalb für v o r t e i l h a f t gehalten, weil sie eine Möglichkeit b i e t e t , durch einfache L ä n g e n m e s s u n g e n die D e h n u n g des g e s a m t e n Gurtes oder auch begrenzter A b s c h n i t t e — bei örtlichen U b e r d e h n u n g e n — festzustellen.

gezeichnete D i a g r a m m Bild 3 zeigt, daß K ö r p e r m i t geringerer Masse ( K i n d e r ! ) von einem b e s t i m m t e n Gurt härter a b g e b r e m s t werden als größere Massen. Besonders bei den kurzen im W a g e n zur A erfiigung stehenden Bremswegen, die für P e r s o n e n k r a f t w a g e n der europäischen Klein- und Mittelklasse nur ca. 0 , 3 m betragen, und Gurten hohen A r b e i t s a u f n a h m e v e r m ö g e n s k a n n leicht die erträgliche Verzögerung überschritten werden. Die V ielfalt der theoretisch bedingten Einflüsse l ä ß t keinen Gurt zu, der für alle abzubremsenden Körpermassen und alle Anfangsgeschwindigkeiten gleich gute E i g e n s c h a f t e n h a t . E s muß ein K o m p r o m i ß geschlossen werden. 3

Versuchsgurt

Als F a d e n m a t e r i a l stand eine im Y K - B o h r ersponnene Polyamid-Cordseide der S p i n n - N u m m e r N m 2,7 (360 t e x ) zur Verfügung. Diese Seide wurde auf einer S t r e c k zwirnmaschine zur E n d n u m m e r N m 5,5 (180 t e x ) v e r s t r e c k t . U m eine bessere Y e r w e b b a r k e i t zu erzielen, wurde die Seide m i t 9 5 D r / m — d. h. höher als üblich — schutzgezwirnt, so daß sie bereits in dieser F o r m zum Verweben geeignet war. Die Höhe des gewählten S t r e c k verhältnisses wurde von zwei F a k t o r e n b e s t i m m t . E i n mal sollte die A r b e i t s a u f n a h m e der F ä d e n unter Zug möglichst groß bleiben, ohne daß aber völlig unvers t r e c k t e s Material eingesetzt wurde, weil dieses für die V e r a r b e i t u n g in der Schärerei und W e b e r e i zu empfindlich erschien. Zum anderen sollte die teilverstreckte Seide eine ausreichende G l e i c h m ä ß i g k e i t besitzen, was eine Mindestverstreckung von etwa 1 : 2 zur Voraussetzung h a t . In geringer v e r s t r e c k t e n Seiden sind häufig Inseln m i t u n v e r s t r e c k t c m Material anzutreffen. Diese t e i l v e r s t r e e k t e n , schutzgedrehten F ä d e n wurden zu K e t t e n geschärt und auf einem mittelschweren, mehrgängigen B a n d w e b s t u h l , der m i t einer DoppelhubO f f e n f a c h s c h a f t m a s c h i n e a u s g e s t a t t e t war, z u m G u r t v e r w e b t . Aus einer R e i h e von Versuchen ging das Gurtm u s t e r A S G 28 hervor, das für die nachfolgenden P r ü f u n g e n Verwendung fand. Dieser Gurt h a t eine B r e i t e von 5 0 m m und eine D i c k e v o n 3 , 5 m m . Die B i n d u n g weist, wie Bild 4 als S c h n i t t in K e t t r i c h t u n g zeigt, überwiegend lang flottierende K e t t f ä d e n — insgesamt 292 — auf.

4 Statische

Prüfungen

Der N a t u r eines Fahrzeugunfalles nach ist die B e l a s t u n g , die der Gurt dabei e r f ä h r t , stets d y n a m i s c h e r A r t . B e i d y n a m i s c h e r B e a n s p r u c h u n g k ö n n e n aber in A b h ä n g i g k e i t von der Prüfgeschwindigkeit b e k a n n t l i c h sehr unterschiedliche Materialeigenschaften e r h a l t e n werden. Aus diesem Grunde wurden s t a t i s c h e U n t e r suchungen s t a r k eingeschränkt und nur so weit ausgeführt, als sie für spätere Vergleiche mit den d y n a m i s c h e n P r ü f w e r t e n i n t e r e s s a n t erschienen. Der im V e r s u c h s g u r t m u s t e r A S G 2 8 verwendete Einzelfaden aus t e i l v e r s t r e c k t e r Polyamid-Cordseide N m 5,5 (180 t e x ) wurde auf einem Zugprüfgerät für Cord (Pendelprinzip) geprüft und das K - D - D i ä g r a m m aufgezeichnet. Bild 5 zeigt den K r a f t - D e h n u n g s - V e r l a u f von fünf Einzelreißungen sowie ihren Mittelwert. Charakteristisch ist das nach anfänglich steilem K r a f t a n s t i e g einsetzende F l i e ß e n im K n i c k p u n k l der Kurvenschar, wobei sieh allerdings kein ausgesprochenes, zur Abszisse parallel verlaufendes P l a t e a u einstellte, sondern die K r a f t ständig — wenn a u c h l a n g s a m e r als im Anfangsbereich — weiter a n w ä c h s t bis z u m B r u c h des F a d e n s . Die B r u c h d e h n u n g ist e r w a r t u n g s g e m ä ß hoch und liegt zwischen 100 und 1 3 0 % . B e i den Prüfungen a m G u r t A S G 2 8 auf einer Zugprüfmaschine für Gurte m i t wegloser K r a f t m e s s u n g ergaben sich vier nahezu deckungsgleiche E i n z e l - K - D D i a g r a m m e . Die D e h n u n g wurde m i t Hilfe eines auf dem P r ü f k ö r p e r befestigten M e ß b a n d e s gemessen, u m F e h l e r durch das Herausziehen aus den K l e m m e n zu vermeiden. W i e B i l d 6 zeigt, h a t das um G u r t a u f g e n o m m e n e K - D - D i a g r a m m einen grundsätzlich

I m Hinblick auf die spätere d y n a m i s c h e B e l a s t u n g , insbesondere die K r a f t e i n l e i t u n g in die F ä d e n und die flipp»

Oberkette Unterkette

Bild 4. S c h n i t t

in

-j-

Rippe

-j

Bild 5. i f - B - D i a g r a m m teilverstreckter Polyamid-Cordseidenfäden; statische Prüfung

Einlogekette Bindekette

K e t t r i c h t u n g durch A S G 28

den

Versuchsgurt

N m 5,5 (180 t e x ) , E i n s p a n n l ä n g e 100 m m , V o r l a s t 100 p, Geschwindigkeit der abziehenden K l e m m e 150 mm/min

Faserforschung und Textiltechnik 15 (t9t4) Heft 4 140

Barthel

und Schauer:

Untersuchungen zur E n t w i c k l u n g eines Auto-Sicherheitsgurtes

D y n a m i s c h e V e r s u c h e s i n d i m V e r s u c h s a u f b a u i n der Regel

wesentlich

aufwendiger

als s t a t i s c h e ,

ganz

be-

s o n d e r s h i e r , wo G u r t e h o h e r F e s t i g k e i t u n d m i t g r o ß e m A r b e i t s a u f n a h m e v e r m ö g e n geprüft werden sollen. D a z u m u ß t e n einesteils E i n r i c h t u n g e n geschaffen werden, um den G u r t in einer dem F a h r z e u g u n f a l l ähnlichen kurzen Z e i t b e l a s t e n z u k ö n n e n , a n d e r e n t e i l s w a r es n o t w e n d i g , 60 SO DebnungD

WO •/. 120

die i n t e r e s s i e r e n d e n M a t e r i a l k e n n g r ö ß e n b e i d e n k u r z e n P r ü f d a u e r n in der G r ö ß e n o r d n u n g v o n Z e h n t e l s e k u n d e n

Bild 6. A ' - ß - D i a g r a m m des Versuchsgurles A S G 28 aus teilv e r s t r e c k t e n Polvamid-Cordseidenfäden; statische Prüfung Kinspannlänge 100 nun, Geschwindigkeit der abziehenden K l e m m e 100 min/min

zu m e s s e n . A u s Z e i t g r ü n d e n u n d a u c h i m H i n b l i c k a u f

ähnlichen

genauigkeit.

die K o s t e n s o l l t e n i m p r o v i s i e r t e Aufgabe ausreichenden

ein

Verlauf.

Abknicken

Erkennbar

der

Kurve

ist

nach

auch

hier

dem

wieder

Versuchsanordnungen

A n w e n d u n g f i n d e n , a b e r m i t e i n e r f ü r die v o r l i e g e n d e Funktionssicherheit

und

Kraftanstieg

a u f c a . die h a l b e H ö h e der B r u e h k r a f t . D i e s e r f o l g t a b e r erst bei einer D e h n u n g von ca. 3 5 % im G e g e n s a t z z u m

5.1 Dynamische

Prüfungen

mit konstanter

Dehngeschwindigkeit

Bei konstanter Dehngeschwindigkeit müssen Anfangs-

F a d e n , bei dem der K n i c k bei rd. 2 0 % D e h n u n g liegt.

g e s c h w i n d i g k e i t vA u n d

E i n e E r k l ä r u n g findet d a s i m A u f b a u des G u r t e s ; d u r c h

s e i n . N a c h G l e i c h u n g (5) m u ß d a n n d e r A u s d r u c k

die v i e l f a c h e F a d e n v e r k r e u z u n g u n d die

Einarbeitung

b e r e i c h v o r a l l e m d e r G u r t als F a d e n v e r b a n d Kettfäden. A S G 28

entstammte

einer

syste-

m a t i s c h e n V e r s u c h s r e i h e , in d e r n e b e n v a r i i e r t e n fadenzahlen wurden.

unterschiedliche

Auf

Muster

Kett-

Bindungsarten

erprobt

gleicher K e t t f a d e n z a h l

bezogen,

k o n n t e f e s t g e s t e l l t w e r d e n , d a ß i m G e g e n s a t z z u r allg e m e i n e n E r f a h r u n g die v e r s c h i e d e n e n fast

ohne

Einfluß

auf

den

Bindungsarten

Kraft-Dehnungs-Verlauf

blieben. Das ist auf das große plastische D e h n v e r m o g e n der n u r t e i l v e r s t r e c k t e n P o l y a m i d s e i d e z u r ü c k z u f ü h r e n . Ebenso

blieben

unterschiedliche

Schußmaterialien

(Polyamidseide, Baumwolle) ohne bedeutenden Einfluß. 5 Dynamische

Prüfungen

Gegenüber wendeten

den

im

statischen

Zugversuch

Dehngeschwindigkeiten,

die

nur

angein

der

G r ö ß e n o r d n u n g von Millimetern pro S e k u n d e lagen, ist die

Dehngeschwindigkeit

des G u r t e s

beim

Fahrzeug-

u n f a l l u m e t w a drei G r ö ß e n o r d n u n g e n h ö h e r . S o h o h e Geschwindigkeiten

sind m i t den

Labor-Zugfestigkeits-

prüfgeräten auch nicht annähernd erreichbar. Außerdem bereitet

die

hohe

Bruchdehnung

unerhebliche Schwierigkeiten.

prüftechnisch

In E r m a n g l u n g

nicht

handels-

ü b l i c h e r P r ü f e i n r i c h t u n g e n w a r es d e s h a l b u n e r l ä ß l i c h , neue Prüfverfahren auszuarbeiten bzw. Prüfeinrichtungen a u f z u b a u e n .

vE

gleich

0

=

gedehnt,

s p ä t e r ü b e r w i e g t d a n n die M a t e r i a l d e h n u n g d e r e i n z e l n e n Gurtmuster

Endgeschwindigkeit

2A,

der einzelnen F a d e n s y s t e m e wird im u n t e r e n B e l a s t u n g s -

Das

Meß-

s e i n . D a die A r b e i t s a u f n a h m e - lg des G u r t e s f e s t l i e g t , ist diese F o r d e r u n g a n n ä h e r n d n u r m i t e i n e m s e h r h o h e n W e r t v o n m zu verwirklichen.

E s i s t also

notwendig,

e i n e s e h r g r o ß e M a s s e a u f die, g e w ü n s c h t e h o h e G e s c h w i n digkeit zu beschleunigen. P r a k t i s c h wurde dafür folgende Lösung gefunden: Versuchsanordnung Auf Bild 7 ist die Versuchsanordnung skizziert. Den F e s t p u n k t für die Prüfung des waagerecht liegenden Gurtes stellt ein starker B a u m (Stammdurclimesser ca. 0,7 m) dar. Den B a u m umschlingt ein Stahlseil, das in einem K a r a b i n e r haken endet und über ein K r a f t m e ß g l i e d , einen zweiten K a r a b i n e r und einer Dreiecköse (Bescblagteil für F a l l s c h i r m gurte) m i t dem Gurt verbunden ist. Die Gurtlänge im unbel a s t e t e n Zustand b e t r ä g t 1 m. A m anderen Gurtende findet sich wieder eine Dreiecköse und ein K a r a b i n e r , von dem ein ca. 15 m langes Stahlseil zum Cliassisrahmen eines K r a f t wagens führt. Zur Durchführung des Versuches fährt, der F a h r e r des K r a f t w a g e n s m i t voller Motorkraft an, entkuppelt aber den Motor, bevor sich das Stahlseil völlig strafft, wodurch sich bei der genügend großen Masse des W a g e n s (ca. 1 5 0 0 kg) eine nahezu k o n s t a n t e Belastungsgeschwindigkeit einstellt. Ohne E n t k u p p e l n wurde dagegen eine unerwünschte Geschwindigkeitszunahme festgestellt. Die dem F a h r z e u g innewohnende kinetische Energie wirkt über das Stahlseil auf den Gurt und bringt ihn zum Zerreißen.

I m H i n b l i c k a u f die D e h n g e s c h w i n d i g k e i t sind d a z u zwei p r i n z i p i e l l v e r s c h i e d e n e W e g e b e s c h r e i t b a r . m a l k a n n sie i n A n l e h n u n g a n die ü b l i c h e

Ein-

Strane

Zugprüfung

für Gurte k o n s t a n t gehalten werden, zum anderen

ist

e s m ö g l i c h , d a ß sie w ä h r e n d des Z u g v e r s u c h e s z u - o d e r

Kraftwogen

-r Stahtseil

Messlatte Teilung

0,5m

abnimmt. Eine abnehmende Belastungsgeschwindigkeit entspricht

der

Fahrzeug,

da

Personenmasse

natürlichen von

ihm

von

Belastung

gefordert

der

des

wird,

anfänglichen

Gurtes daß

er

im die

Belastungs-

g e s c h w i n d i g k e i t vA a u f e i n e E n d g e s c h w i n d i g k e i t vE, Wegen

Gurteigenschaften

auch

voneinander

abweichende

ergeben werden, ist nicht ohne

Ex-

p e r i m e n t e zu s a g e n . I n d e n n a c h f o l g e n d b e s c h r i e b e n e n Versuchen wurden beide W e g e beschritten.

/ Karabinerhaken Kraftmeñglied

Gurt

Stahlseil

am Rahmen

befestigt

die

g l e i c h N u l l s e i n soll, a b b r e m s t . O b s i c h a u f d i e s e n u n t e r schiedlichen

Baum

Wagen mit Meßgeräten

f\^Fitmkamera

Pentaka

16

I T Bild 7. Skizze der Versuchsanordnung zur dynamischen Prüfung des Gurtes bei k o n s t a n t e r Dehngeschwindigkeit

F a s e r f o r s c h u n g u n d T e x t i l t e c h n i k 15 ( 1 9 6 4 ) H e f t 4

141

Barthel u n d Schauer: U n t e r s u c h u n g e n zur E n t w i c k l u n g eines Auto-Sicherheitsgurtes -Schutzpolster /

QMS;

\

DMS2

\

i

s a m m e i i g e s c h a l l e l sind. Z u m S c h u t z der D e h n m e ß s t r e i f e n gegen B e s c h ä d i g u n g e n sind diese d u r c h ein Polster u m h ü l l t . Die D e h n m e ß s t r e i f e n DMS 3 u n d DMS 4 im r e c h t e n B r ü c k e n zweig sind passiv, a b e r zwecks T e m p e r a t u r k o m p e n s a t i o n in der N ä h e v o n DMS 1 u n d DMS 2 a n g e o r d n e t . Die besondere A n o r d n u n g v o n DMS 1 u n d DMS 2 in einem B r ü c k e n z w e i g bewirkte, d a ß der K r a f t g e b e r w e i t g e h e n d b i e g e u n e m p f i n d lich w u r d e ( D e h n u n g und S t a u c h u n g h e b e n sich auf), a b e r zugempfindlich blieb. Der Geber w u r d e an die D e h n i n e ß anlage v o m V F B T e c h n i s c h - P h y s i k a l i s c h e W e r k s t ä t t e n T h a l h e i m angeschlossen, von deren A u s g a n g ein Schleifenoszillograph zur R e g i s t r i e r u n g des Krai'l-Zeil-Verlaufes angesteuert. w u r d e . Als Z e i t i n a ß s l a b d i e n t e eine zugleich mit dem Kral'tverlauf registrierte F r e q u e n z - M a r k e . Die g e s a m t e K r a f t n i e ß e i n r i c h t u n g (Geber, D e h n m e ß anlage, V e r s t ä r k e r , Schleifenoszillograph )wurde m i t Hilfe eines F e d e r d y n a m o m e i e r s s t a t i s c h geeicht. Der Meßfehler der K r a f t m e s s u n g wird mit kleiner als ± 5 % e i n g e s c h ä t z t . F ü r die Messung der D e h n u n g s z u n a h m e des Gurtes w ä h r e n d der P r ü f d a u e r w u r d e eine 16 m m - S c h m a l U l m k a m e r a (Pent a k a 16, V E B K i n o w e r k e Dresden) eingesetzt, die d u r c h Zus a t z e i n r i c h t u n g e n bis zu 96 Bilder/s a u f z u n e h m e n g e s t a l t e t . Die G a n g g e n a u i g k e i t der K a m e r a w u r d e in m e h r f a c h e r Weise, z. B. d u r c h A u s m e s s e n einer Filiulänge, d e r e n L a u f z e i t bek a n n t w a r , ü b e r p r ü f t u n d m i t kleiner als ^ 4 % als ausreichend genau g e f u n d e n , so d a ß die B i l d f r e q u e n z als Zeilbasis f ü r die D e h n u n g s m e s s u n g angesehen w e r d e n k o n n t e . Die D e h n u n g selbst w u r d e a m p r o j i z i e r t e n Film aus der L ä n g e n z u n a h m e des G u r t e s v o n Bild zu Bild e r m i t t e l t . Als L ä n g e n m a ß s t a b w a r eine M e ß p l a l t e m i t 0,5 m Teilung m i t g e f i l m l w o r d e n , die sich in gleicher E n t f e r n u n g wie der G u r t v o n der Kamera befand.

_

7

Bild 8. K r a f t g e b e r m i t D e h n m e ß s t r e i f e n f ü r die d y n a m i s c h e Z u g f e s l i g k e i t s p r ü f u n g des G u r t e s u n d Sehaltbild d e r D e h n meßstreifen ^ f e ße in r ichtunge

n

D e n M e ß e i n r i c h t u n g e n fällt die A u f g a b e zu, das K - D Dia granuli des G u r t s t ü c k e s w ä h r e n d dieser d y n a m i s c h e n Belastung aufzunehmen. Wegen der hohen Prüfgeschwindigkeil; scheiden die t r a g e n m e c h a n i s c h e n M e ß m e t h o d e n aus. F ü r den vorliegenden Fall, bei d e m die P r ü f d a u e r in d e r G r ö ß e n o r d n u n g v o n Z e h n t e l s e k u n d e n liegt, k o m m e n n u r elektrische, elektronische oder optische V e r f a h r e n in F r a g e . Z u m Beispiel w ä r e es möglich, das K - D - D i a g r a m m in geschlossener F o r m d a d u r c h darzustellen, d a ß die beiden A b l e n k s y s t e m e eines E l e k t r o n e n s t r a h l o s z i l l o g r a p h e n g e t r e n n t v o n elektrischen M e ß w e r t g e b e r n a n g e s t e u e r t w e r d e n . D e m V-Ver s t a r k e r m ü ß t e eine d e r K r a f t p r o p o r t i o n a l e S p a n n u n g d e m X - V e r s t ä r k e r eine d e m W e g proportionale S p a n n u n g zugeführt werden. A p p a r a t i v e i n f a c h e r w a r es, d e n K r a f l verlauf ü b e r der Zeit u n d d e n W e g verlauf ü b e r d e r Zeit (Verlängerung des G u r t s t ü c k e s ) g e s o n d e r t v o n e i n a n d e r a u f z u n e h m e n u n d aus beiden K u r v e n u n t e r Elirninierung d e r Zeit das K - D - D i a g r a m m zu k o n s t r u i e r e n . Aus d e m Weg-Zeit-Verlauf k o n n l e a u ß e r d e m die D e h n g e s c h w i n d i g k e i t e r m i t t e l t u n d ihre K o n s t a n z kontrolliert w e r d e n . F ü r die trägheitslose d y n a m i s c h e Messung d e r K r ä f t e w u r d e n D e h n m e ß s t r e i f e n v e r w e n d e t , die einfach i m A u f b a u , wenig s t ö r a n f ä l l i g u n d sehr g e n a u sind. D e r A u f b a u des Gebers g e h t a u s Bild 8 h e r v o r . E r b e s t e h t aus einem F l a c h s t a b a u s S t a h l (Abmessung 70 X 20 X 4 m m ) als D e h n s t ü c k u n d beidseitig a n g e s c h w e i ß t e n s t ä h l e r n e n L a s c h e n (70 X 30 X 10 m m ) . Die B o h r u n g e n in d e n L a s c h e n n e h m e n die K o p pelglieder ( K a r a b i n e r h a k e n ) a u f . Der F l a c h s t a b ist beidseitig m i t D e h n m e ß s t r e i f e n b e k l e b t , die zu einer H a l b b r ü c k e zu-

Versuchsergebnisse

Die Versuche e r g a b e n eine Reihe v o n P r o b l e m e n , die hier n u r a n einem Beispiel e r w ä h n t w e r d e n k ö n n e n . E i n solches P r o b l e m w a r die r i c h t i g e K r a f t e i n l e i t u n g . B e i m s t a t i s c h d u r c h g e f ü h r t e n Z u g v e r s u c h b e r e i t e t e es keine Schwierigkeiten, die e r f o r d e r l i c h e n h o h e n K r ä f t e in d e n G u r t einzuleiten u n d i h n auf der P r ü f s t r e c k e zu B r u c h zu b r i n g e n . A n d e r s b e i m d y n a m i s c h e n Versuch. A n f a n g s w u r d e m i t Beschlagteilen g e a r b e i t e t , deren Stege, die v o m G u r t u m s c h l u n g e n w e r d e n , einen R a d i u s v o n 2,5 bis 3 m m a u f w i e s e n . Der G u r t k a m s t ä n d i g in u n m i t t e l b a r e r N ä h e des e r s t e n Steges z u m B r u c h , wobei er d o r t örtlich ü b e r d e h n t w a r , ohne d a ß sich eine n e n n e n s w e r t e D e h n u n g ü b e r die g e s a m t e G u r t l ä n g e zeigte. i « i i i i i i i * i i ( i « i i i i i i a i i i i i

; 500 1 A

2 A A

II

II

3 A

4

5

6

7

8

9

10 77 , /v

A

12 13 A

A

IIIIIIIIIIII

kp

Vl

^-'lljlj"i,vjj-11-1 -

'; *

-

V

IIMIIII

BilJ 9. Kraft-Zeil-Verlauf des Gurtes bei d y n a m i s c h e r P r ü f u n g m i t k o n s t a n t e r Dehngeschwindigkeit im Schleifenoszillogramm. Anfangsgeschwindigkeit t ^ = 3,8 m/s 2 Faserforschun&i

»

Faserforschung und Textiltechnik IS (1944) Heft 4

142

Barthel

und Schauer:

Untersuchungen zur E n t w i c k l u n g eines Auto-Sicherheitsgurtes

E i n e Lösung k o n n t e in einem besonders gefertigten Zugbügel gefunden werden, der einen Umschlingurigsradius von 10 m m aufwies. D a m i t wurden alle weiteren Versuche nahezu störungsfrei durchgeführt. W i e sich bei den Versuchen m i t a b n e h m e n d e r Dehngeschwindigkeit (Abschnitt 5.2) zeigte, war ein so großer Biegeradius n i c h t unbedingt erforderlich, denn a u c h bereits m i t einem Radius von 5 m m kam es n i c h t m e h r zum B r u c h am S t e g .

K r a f t n i m m t die Dehnung bis auf 1 3 8 % zu. D a n n erfolgt der B r u c h . Die gesamte v o m Gurt bis zum B r u c h aufgenommene Arbeit b e t r ä g t 5 0 5 k p m pro m Gurt. E i n Nachteil dieses P r ü f v e r f a h r e n s ist es, daß der Gurt zu B r u c h k o m m t und die bleibenden und elastischen Arbeitsanteile n i c h t voneinander zu t r e n n e n sind. Der Vorteil liegt darin, daß die Ergebnisse hinsichtlich des zeitlichen Verlaufes der D e h n u n g m i t den quasistatischen der üblichen P r ü f g e r ä t e vergleichbar sind.

E b e n s o wichtig war die richtige Einschlingung beider Gürtenden, um ein R u t s c h e n des Gurtes in der 3 - S t e g Sehnalle zu verhindern. Die H a f t u n g wurde durch die ausgeprägte R i p p e n s t r u k t u r der Gurtoberseite (Abs c h n i t t 3) wirkungsvoll u n t e r s t ü t z t .

E i n e E i n s c h ä t z u n g dieser Versuchswerte erfolgt zus a m m e n m i t den Ergebnissen aus der Prüfung bei abnehmender Dehngeschwindigkeit ( A b s c h n i t t 6).

B i l d 9 zeigt den K r a f t - Z e i t v e r l a u f eines G u r t s t ü c k e s v o n ca. 1 m L ä n g e bei einer Dehngeschwindigkeit von 1 3 , 5 km/h entsprechend 3,8 m/s. Die Sinuskurve ist die als Z e i t m a ß dienende F r e q u e n z - M a r k e . Die Weehselspannung wurde einem R C - G e n e r a t o r e n t n o m m e n ( F e h ler < 1 , 5 % ) . Die obere K u r v e e n t s p r i c h t dem K r a f t verlauf im Gurt. N a c h allmählichem K r a f t a n s t i e g bis auf 4 0 0 kp setzt das Fließen der teilverstreckten F ä d e n ein, und die K r a f t bleibt im Mittel bei diesem W e r t k o n s t a n t . B e i den S c h w a n k u n g e n um den eingezeichnet e n Mittelwert spielen sehr wahrscheinlich Schwingungen im Stahlseil zwischen dem G u r t und dem K r a f t wagen eine R o l l e . Das Stahlseil ist als straff gespannte S a i t e zu b e t r a c h t e n , in der sich der v o m F a h r z e u g herrührende S t o ß wellenförmig fortpflanzt, bis er a m anderen E n d e der Aufhängung reflektiert wird. D a b e i a u f t r e t e n d e K r a f t s p i t z e n können erst n a c h einer endlichen Zeit v o m G u r t ausgeglichen werden. N a c h dem B r u c h geht die K r a f t sofort auf Null zurück. I n s g e s a m t dauerte der P r ü f v o r g a n g 0 , 4 s. Die Auswertung des Schleifenoszillogramines für die K r a f t und der F i l m b i l d e r für die Verlängerung des Gurtes ergaben in B i l d 10 die K u r v e n K = f(t) und 1) — f(t). Aus letzterer wurde die Dehngeschwindigkeit errechnet. Die s t a r k ausgezogene Linie stellt das konstruierte K-D-Diagramm aus K = f(t) und aus der K u r v e D = f(t) errechneten prozentualen Dehnung dar. Der Anstieg des /i-/J-Diagrammes ist steiler als b e i m s t a t i s c h geprüften G u r t und endet in einem schon aus Bild 9 ersichtlichen P l a t e a u . B e i k o n s t a n t e r

abnehmenderDehngescliwindigkeiI 5.2 Dynamische Prüfung mit B e i dieser P r ü f a r t soll eine abzubremsende Masse zum Stillstand g e b r a c h t werden. N a c h Gleichung m u ß dann der Ausdruck

(5)

m sein, d a m i t V% = 0 wird. S e t z t m a n gleiches Arbeitsvermögen der P r o b e voraus, so ist zur B e l a s t u n g des Gurtes eine wesentlich geringere Masse als beim Versuch m i t k o n s t a n t e r Dehngeschwindigkeit erforderlich. Sie wird zweckmäßigerweise m i t 75 kg gleich der mittleren Masse eines erwachsenen Menschen gewählt. Der Gurt soll bei der P r ü f u n g nicht nur zu einem geringen Teile, sondern bis fast zum B r u c h b e l a s t e t sein, um a n n ä h e r n d sein gesamtes Arbeitsvermögen auch unter diesen Prüfbedingungen kennenzulernen. Diesen Forderungen ist auf einfachem W e g e m i t dem freien F a l l der Masse n a c h z u k o m m e n , die durch den G u r t abgebremst wird. Mit der leicht veränderlichen F a l l h ö h e wird die kinetische E n e r g i e der Masse dem Arbeitsa u f n a h m e v e r m ö g e n des Gurtes a n g e p a ß t . E s b e s t e h t auch die Möglichkeit, etwas höhere A n f a n g s - B e l a s t u n g s geschwindigkeiten zu verwenden. I m freien F a l l einer Masse von 75 kg ist die Anfangsgeschwindigkeit — überschläglich b e r e c h n e t — m e h r als doppelt so hoch wie die beim Zugversuch m i t dem Fahrzeug erreichte: r Iii Fallhohe hI = =

]/2g • h =

A° 1 = rd. m • g

500

/ 2 g • 6,7 =

/5

n m, = r0,7

11,5 m/s = 4 1 , 5 km/h.

Durch genaue Anpassung der F a l l a r b e i t an das Arb e i t s a u f n a h m e v e r m ö g e n des Gurtes ist es n u n m e h r möglich, den B r u c h desselben zu vermeiden, u m aus dem geschlossenen T f - D - D i a g r a m m die Anteile der bleibenden und der elastischen A r b e i t an der G e s a m t a r b e i t ermitteln zu k ö n n e n . Die auf dem freien F a l l basierenden Versuche wurden in folgender W e i s e i m p r o v i s i e r t : Versuchsanordnung

Bild 10. K - D - D i a g r a m m sowie K r a f t - Z e i t - und W e g - Z e i t Verlauf des Gurtes bei dynamischer Prüfung mit k o n s t a n t e r Dehngeschwindigkeit. Anfangsgeschwindigkeit — 3,8 in/s

Die einfachste Lösung fand sich in der B e n u t z u n g eines über vier Gebäudegeschosse reichenden F a h r s t u l i l s c h a c h t e s . Bild 11 stellt eine Skizze der Versuchsanordnung dar. Durch Handsteuerung war es möglieh, den F a h r s t u h l b o d e n in j e d e r gewünschten Höhenlage zum Stillstand zu bringen. An den D o p p e l - T - T r ä g e r n des B o d e n s wurden zwei Aufhängevorrichtungen angeschraubt. An der rechten V o r r i c h t u n g war das bereits oben beschriebene K r a f t m e ß g l i e d befestigt, von dem ein Stahlseil zum Gurt führte. Als Koppelglieder

F a s e r f o r s c h u n g u n d T e x t i l t e c h n i k 15 (1964) H e f t 4

143

Barthel und Schauer: Untersuchungen zur Entwicklung* eines Auto-Sicherheitsgurtes Meßeinrichtungen

Der Kraftgeber und die Filmkamera hatlen sich bei den früheren Versuchen gut bewährt und wurden deshalb auch für diese Prüfungen wieder verwendet. Versuchsergebnisse

Bild 11. Skizze der Versuchsanordnung zur dynamischen Prüfung des Gurtes bei abnehmender Dehngeschwindigkeit

fanden wiederum Karabinerhaken und die Zugbügel Verwendung. Das Gurtstück wurde durch einen Sandsack (G = 75 kp) belastet und mittels Polyamid-Cordseide („Zündschnur") mit der linken Aufhängevorrichtung verbunden. Die „Zündschnur" wurde mit einem WolframWiderstandsdraht umschlungen, der — von einer Batterie gespeist — zum Erhitzen gebracht werden konnte, so daß die Schnur durchschmolz. Der Sandsack fiel dann im freien Fall so lange, bis sich das Stahlseil straffte und die Abbremsung unter Verlängerung des Gurtstückes einsetzte. Dieser Vorgang konnte im Kellergeschoß bei geöffneter Fahrstuhltür durch die Filmkamera fotografisch festgehalten werden.

i 1

Bild 12 zeigt den K r a f t - Z e i t - V e r l a u f eines solchen ersuches m i t a b n e h m e n d e r Dehngeschwindigkeit auf dem Schleifenoszillogramm. Auffällig sind die sehr starken S c h w a n k u n g e n des Meßwertes. V e r m u t l i c h h a b e n diese s t a r k e n S c h w a n k u n g e n wieder ihre U r s a c h e in Schwingungen des Stahlseiles, die v o n Schwingungen des gesamten F a h r s t u h l k o r b e s überlagert wurden. Dieser ist b e k a n n t l i c h n i c h t starr befestigt, sondern an mehreren s t a r k e n Stahlseilen a u f g e h ä n g t . Derartige Schwingungen sind j e d o c h besonders bei den hohen Belastungsgeschwindigkeiten — auch m i t anderen ähnlichen P r ü f e i n r i c h t u n g e n — n i c h t v e r m e i d b a r . Soweit sie genau g e m i t t e l t werden, b e e i n t r ä c h t i g e n sie die Aussagekraft des Diagrainmes n i c h t . Aus dem m i t t l e r e n D i a g r a m m v e r l a u f ist folgendes zu e r k e n n e n : Das Fließen des Gurtes setzt erst bei ca. 6 0 0 kp e i n ; die K r a f t bleibt d a n a c h über den größten Teil der B e l a s t u n g s dauer k o n s t a n t ( P l a t e a u ) . Da der G u r t n i c h t zum B r u c h k a m , setzte eine etwa beim Zeitintervall 1 1 beginnende elastische R ü c k w i r k u n g ein, d. h. der S a n d s a c k federte um den gespeicherten elastischen A r b e i t s a n t e i l zurück. Die K r a f t s a n k langsam auf Null ab. D e r P r ü f v o r g a n g dauerte ca. 0 , 3 5 s. E b e n s o wie der K r a f t v e r l a u f wurde auch der Verlauf der Gurtverlängerung (bereits auf die Ausgangslänge des P r ü f s t ü c k e s bezogen und in prozentualer D e h n u n g ausgedrückt) über der Zeit im D i a g r a m m Bild 13 als schwach ausgezogene K u r v e aufgezeichnet. W a s bereits der K r a f t v e r l a u f zeigte, b e s t ä t i g t n o c h m a l s der Dehnungsverlauf. B e i m Zeitintervall 11 n i m m t die D e h n u n g wieder a b ; die am Gurt a n g e h ä n g t e Masse federt zurück. Da der Gurt nicht zum B r u c h k a m , k o n n t e das /T-Z)-Diagramm in geschlossener F o r m k o n s t r u i e r t werden. Die G e s a m t a r b e i t s f l ä c h e e n t s p r i c h t einer Arb e i t s a u f n a h m e des Gurtes von 4 0 8 kpm/m. E r w a r t u n g s g e m ä ß ist dieser W e r t , da der G u r t n i c h t bis zum B r u c h b e l a s t e t wurde, kleiner als der früher bei k o n s t a n ter Belastungsgeschwindigkeit e r m i t t e l t e W e r t v o n

1 500 kp 2 3

4

5

6

7

S

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

AAAA

f\

A A Af

fas

/\

A

Bild 12. Kraft-Zeit-Verlauf des Gurtes bei dynamischer Prüfung mit abnehmender Delmgeschwindigkeit im Schleifenoszillogramm. Anfangsgeschwindigkeit vA = 10,5 m/s

F a s e r f o r s c h u n g und T e x t i l t e c h n i k 15 (1964) H e f t iBe;teiiHbix SaBHCHMOCTeft C npaKTHHeCKHMH aaHHbIMH. Observations

on the Formulae

from Grosberg's and Giesekus'

Drafting

Theories

Grosberg presented a relation between spezific values of the variance length curve of a yarn and IIliberty's K-coefficients of the preceding drafting stages. Giesekus modified and simplified the formula of Grosberg. Two experiments were carried out in order to examine to which degree these Iheoretically derived relations are valid in practice. Die Längenvariationskurve B[L) wird oft verwendet, um die I'ngleiehmäßigkeit eines Garns zu beschreiben. B(L) gibt die standardisierte Varianz des Gewichts eines Garns von Länge L . (Die standardisierte Varianz ist das Quadrat des Variationskoeffizienten. Manchmal wird auch der Variationskoeffizient als solcher — Standardabweichung/Mittelwert — an ihrer Stelle verwendet.) Grosberg [1] untersuchte, wie die einzelnen Verzugsstufen die Form dieser Funktion beeinflussen. Man verwendet für die Charakterisierung der L'ngleichmäßigkeit eines Garns (oder Bandes) den Hubertyschen Koeffizienten ^ K

=

(1)

B ( 0) ideal' wobei B(0) = lim B ( L ) und B(L) ideal die LängenvariationsL-^ 0 kurve des entsprechenden „idealen Garns" ist. (Zufällige Ver teilung der Faserendpunkte). Nach Martindale [2] gilt •B(O) ideal =

(2)

1 + 4 VI' wobei n die mittlere Zahl von Fasern im Bandquerschnitt und y d der Variationskoeffizient der Verteilung der Faserdurchmesser ist. Grosberg verwendet diesen /v-Koeffizient, allerdings mit n an Stelle von -B(O)¡deai; er vernachlässigt also die Korrektur für variablen Durchmesser. Er leitet eine theoretische Beziehung zwischen den ii-Werten der Bänder in den Verzugsstufen und der Längenvariationskurve des fertigen Garns ab. Für eine gegebene Stufe setzt Grosberg die Varianz von Stükken der Länge D l des austretenden Materials gleich dem Quotient von B[0) (Varianz des eingeführten Materials) und II 7 (Zahl der eingeführten Bänder) — plus einer Größe C(Dl). Hierbei ist l der längenbezogene Mittelwert der Faserlänge und D die Verzugskonstante. Die Größe C(Dl) beschreibt den Teil der Varianz, der durch die Abweichung des Verzugs vom idealen Verzug (reine Streckung) erzeugt wird. Grosberg erhält, wenn der Index e das eingeführte und der Index a das austretende Material kennzeichnet, B

(3)

° = iIIT Tnui + C ( D ' ) >

wobei C[Dl) dann durch

C(Dl)

DrB^D^

Drl)

=KT+r£(Kv-

»0£>i£>2

DrB0

{D,D2

Experimentelle

1).

(5)

= Kr.

(6)

Methode

Die Untersuchungen wurden an S t i c h p r o b e n durchgeführt, die von einer Gruppe französischer S t r e c k e n während der normalen P r o d u k t i o n einer Spinnerei gen o m m e n wurden. E i n Teil des aus der r-ten Stufe aust r e t e n d e n Materials wurde als P r o b e des in die ( r — l ) - t e Stufe eingeführten Materials b e h a l t e n , ein anderer Teil wurde in der ( r — l ) - t e n Stufe verzogen. In gleicher A r t wurde von dem aus der ( r — l ) - t e n Stufe austretenden Material wieder eine P r o b e genommen und ein anderer Teil des Materials wurde verzogen. Weil n a c h j e d e r weiteren Verzugsstufe für eine P r o b e der gewünschten L ä n g e , und auch für den weiteren Verzug, weniger Material g e b r a u c h t wird, war es möglich, diese Methode durch den ganzen Prozeß hindurch zu verfolgen. Iluberty's stimmt mit

K-Werte

wurden

nach

(1) und

(2)

be-

4M x 106 2

(4]

Drl)

Es wurden zwei Experimente durchgeführt, die klären sollten, wie gut die Annäherung von Giesekus ist.

Qnd

Kq~ 1 nnD

gegeben ist. Wiederholte Anwendung von (3) unter Substitution von (4) liefert dann «o^iA,

(Die Indices verweiseil jetzt auf «lie einzelnen Verzugsstufen. Die Stufen sind von r abwärts numeriert, das Spinnen isl Stufe 1. Die Indices von n, B und K verweisen auf das in die entsprechende Stufe eintretende Material; B0 isl z. 13. die Längenvariationskurve des fertigen Garns.) Giesekus [3J erhält in einer theoretischen Arbeit ein ähnliches Resultal. Er wendet seine Theorie über die Erzeugung morphologisch homogener Funktionen durch statistische Superposition von Elementfunktionen [4] auf das Problem der Garnungleichmäßigkeit an und sLudierl dabei auch den Verzugsprozeß. Er erhält eine Formel ([3], Seite 368, Gleichung 83) die genau analog zu (5) ist, nur an Stelle der Summe auf der rechten Seite erhält er eine Summe von Integralen. Er schlägt vor, dieses Zusalzglied in erster Näherung zu vernachlässigen und erhält so die modifizierte Grosberg-Y oriuel oder Giesekus-Y ormel:

(1 +

Vj)

wobei Q = 1,31 g/cm 3 die D i c h t e der Wolle bei 6 5 % relativer F e u c h t i g k e i t [5], M [g/m] das G e w i c h t pro Meter des B a n d e s , und d [ a m ] der längenbezogene Mittelwert des Faserdurchmessers ist. Zur B e s t i m m u n g von d und V d wurden die Durchmesser von F a s e r n in

F a s e r f o r s c h u n g u n d T e x t i l t e c h n i k IS (1964) H e f t 4

146

cie Beer:

Tabelle

Stufe

1. Angaben

über Verzug und Dublierung

Verzug

Beobachtungen zu den Formeln von Grosberg und Giesekus zur Verzugstheorie

Stichproben Zahl der zur Bestiin mung von B (0) verwendeten Stichproben

Bandgewicht

Tabelle

Exp. 1 Exp. 2

2.

Fasereigenschaften

d [um]

Vi

[%]

Ï [cm]

[%]

V,

l [cm]

22,57 27,82

25,64 27,04

6,99 7,36

44,40 49,16

8,36 9,14

F xperirnent 1 1 (Spinnen) 2 3 4 5

1 2 2 2 3

10,33 3,81 4,00 6,51 10,73 }•

1 (Spinnen) 2 3 4

0,030 (Garn) 0,31 0,59 1,18 3,81 13,71

4 4

1 2 2 3

16 8 6 4

einer S t i c h p r o b e (die aus Fasern von allen verwendeten B ä n d e r n z u s a m m e n g e s e t z t war) unter dem P r o j e k t i o n s m i k r o s k o p gemessen. Das Q u a d r a t der Ablesung eines U s t e r Integrators, Modell Q-103, wurde als B{0) verwendet. E s wurde für jede P r o b e nach jeweils 5 min Auswertungszeit abgelesen. E s war genügend Material für mindestens zwei Ablesungen pro Probe vorhanden. Die B ä n d e r und Garne liefen dabei m i t einer Geschwindigkeit von 8 m/min durch das Gerät. Die Anzahl der zur B e s t i m m u n g von li{(I) verwendeten P r o b e n ist in Tabelle 1 angegeben. Zur S c h ä t z u n g von l, der längenbezogenen Durchschnittslänge der F a s e r n , (/ = l (1 + V\)) wurden M i t t e l w e r t l und Yariationskoeffizient V t der numerischen L ä n g e n v e r t e i l u n g einer S t i c h p r o b e b e s t i m m t . Die P r o b e b e s t a n d wieder aus F a s e r n aus allen B ä n d e r n , die Messungen wurden auf einem W I R A - L ä n g e n g e r ä t ausgeführt (Tabelle 2). F ü r n 0 in (5) und (6) wurde — wie Giesekus vorschlägt — der W e r t von # ( 0 ) i d e a l des fertigen Garns verwendet. Die Verzugskonstanten D wurden aus den Gewichten der eingeführten und austretenden B ä n d e r geschätzt. Die L ä n g e n v a r i a t i o n s k u r v e des fertigen Garns wurde durch die Schneide- und W i e g e m e t h o d e von Grosberg und Palmer [6] b e s t i m m t . E s wurde genau ihr Verfahren verwendet, so wie in den Tabellen 1 und 2 ihrer

KAY erte

Vorausgesagt nach Grosberg

G iesekus

A'i K2 1< 8 l 7 ¡ i m ) h e r v o r g e r u f e n wird, oder ob die hier gefundenen T e i l c h e n z a h l e n nur eine A r t „ M a ß z a h l " darstellen für eine dieser p r o p o r t i o n a l e , viel größere A n z a h l sehr k l e i n e r T e i l c h e n , die ihrerseits die F e s t i g k e i t bes t i m m e n . Die zweite M ö g l i c h k e i t e r f o r d e r t allerdings die A n n a h m e , d a ß n e b e n den m i t t l e r e n und kleinen (20 bis 7 /¿m) a u c h eine e n t s p r e c h e n d e A n z a h l sehr kleiner T e i l c h e n ( < 5 /im) durch die F i l t r a t i o n e n t f e r n t wird und der von Treiber TIO] gefundene e x p o n e n t i e l l e A n s t i e g der T e i l c h e n z a h l m i t a b n e h m e n d e r T e i l c h e n g r ö ß e z u m i n d e s t im B e r e i c h u n t e r 1 0 ¡um als eine A r t allgemein gültige V e r t e i l u n g s f u n k t i o n a u c h n a c h u n t e r schiedlich i n t e n s i v e r F i l t r a t i o n w e i t g e h e n d e r h a l t e n b l e i b t . F ü r diese zweite Möglichkeit s p r e c h e n j e d o c h e i n m a l die F e s t s t e l l u n g e n von Gray und Yorke [3] und More und Gray [4], die durch L i c h t z e r s t r e u u n g T e i l c h e n zwischen 0 , 1 und 5 fim D u r c h m e s s e r e r f a ß t e n und zu dem S c h l u ß k a m e n , d a ß die F e s t i g k e i t s - und D e h n u n g s e i g e n s c h a f t e n v o n Celluloseregeneratfasern in e r s t e r L i n i e d u r c h diese sehr kleinen T e i l c h e n v o n e t w a 1 ¡um D m . b e e i n f l u ß t werden, zum a n d e r e n die v o n uns beo b a c h t e t e z u n e h m e n d e Differenzierung zwischen „einfach filtrierter" und „ i n t e n s i v filtrierter" Viskose m i t a b n e h m e n d e r P a r t i k e l g r ö ß e (vgl. T a b e l l e 2), wobei allerdings m i t b e r ü c k s i c h t i g t werden m u ß , d a ß a u c h die zufällige S t r e u u n g der Meßergebnisse m i t z u n e h m e n d e r

x 10 2 x 10 2

470 X 10 2 363 X 10 2

x 10 2 x 10 2 121 X 10 2

Teilchenzahl, ringer wird.

X 10 2 X 10 2

189 X 10 2

also

EWNN

—

—

-

—

746 X 10 2 324 X 10 2

1114 x 10 2 660 x 10 2

766

x 10 2 x 10 2 270 x 10 2

1138

288

361

abnehmender

X 10 2 X 10 2 424 X 10 2

Teilchengröße,

ge-

Die T e i l c h e n z ä h l u n g e n an den in E W N N gelösten R e g e n e r a t f ä d e n zeigen insofern eine den bisher dargelegt e n V o r s t e l l u n g e n e n t s p r e c h e n d e T e n d e n z , als erstens die aus i n t e n s i v filtrierten Viskosen ersponnenen F a s e r n h o h e r F e s t i g k e i t bis auf eine A u s n a h m e signifikant geringere T e i l c h e n z a h l e n aufweisen als solche aus e i n f a c h filtrierten, also g e l p a r t i k e l r e i c h e r e n S p i n n l ö s u n g e n , u n d als zweitens eine z u m i n d e s t größenordnungsmäßige Ü b e r e i n s t i m m u n g zwischen P a r t i k e l z a h l p r o G r a m m Cellulose in S p i n n v i s k o s e und E W N N - L ö s u n g der R e g e n e r a t f a s e r festzustellen ist. Allerdings i s t diese Ü b e r e i n s t i m m u n g keineswegs a b s o l u t und q u a n t i t a t i v , die T e i l c h e n z a h l e n in E W N N liegen j e n a c h M o d i f i k a t o r t y p u n d b e t r a c h t e t e r G r ö ß e n k l a s s e bei 7 0 % bis 5 0 0 % der e n t s p r e c h e n d e n W e r t e in den S p i n n v i s k o s e n , w o b e i diese U n t e r s c h i e d e sicher n i c h t allein auf m e t h o d i s c h e U n s i c h e r h e i t e n (z. B . willkürliche S c h ä t z u n g des spez. W i d e r s t a n d e s der T e i l c h e n in E W N N ) z u r ü c k z u f ü h r e n sind, sondern v i e l m e h r eine e c h t e Z u n a h m e der P a r t i kelzahl a n z u n e h m e n ist, die v i e l l e i c h t u. a. d u r c h A u f n a h m e E W N N - u n l ö s l i c h e r kleiner P a r t i k e l aus d e m S p i n n b a d in die F a s e r o b e r f l ä c h e v e r u r s a c h t sein k ö n n t e . H i e r f ü r s p r e c h e n e i n m a l ein gewisser Modifikatoreinfluß (höhere T e i l c h e n z a h l m i t „ O x y d w a c h s A N " i m Vergleich zu C y c l o h e x y l a m i n und „ K M P 1 5 " ) , sowie der

Anstieg

des

^ . Quotienten

T e i l c h e n z a h l in ——; l e i l c h e n z a h l in

EWNN ; Viskose

mit abnehmender Teilchengröße. Die B e o b a c h t u n g , daß in den h ö c h s t e n T e i l c h e n k l a s sen ( > 15 fim) bei den Serien m i t C y c l o h e x y l a m i n und K M P 15 die S p i n n l ö s u n g e n eine größere T e i l c h e n z a h l aufweisen als die E W N N - L ö s u n g e n der R e g e n e r a t f a s e r n , k ö n n t e sich durch die W i r k u n g der n o c h m a l i g e n F e i n filtration in der S p i n n k e r z e zwanglos e r k l ä r e n lassen. A b s c h l i e ß e n d sei d a r a u f hingewiesen, d a ß unser begrenztes V e r s u c h s m a t e r i a l nur geeignet ist, gewisse Z u s a m m e n h ä n g e zwischen t e x t i l e n D a t e n v o n Celluloser e g n e r a t f a s e r n und dem P a r t i k e l s p e k t r u m ihrer L ö s u n gen zu v e r m u t e n und w a h r s c h e i n l i c h zu m a c h e n . E i n e S i c h e r u n g dieser Z u s a m m e n h ä n g e im S i n n e der m a t h e matischen Statistik erfordert wesentlich mehr experi-

Faserforschung und Textiltechnik 15 (1964) Heft 4

157

Peceny:

Zur B e s t i m m u n g des L u i t g e h a l t e s in Spinnviskosen

mentelles Material und sollte zweckmäßigerweise u n t e r Betriebsbedingungen v o r g e n o m m e n werden, wo zudem im

Vergleich

zu T e c l i n i k u m s a n s ä t z e n

eine

wesentlich

g r ö ß e r e G l e i c h m ä ß i g k e i t der Y i s k o s i e r u n g u n d Y e r s p i n nung gewährleistet ist. H e r r n I n g . Grawe

d a n k e n wir a n dieser S t e l l e für die

sorgfältige D u r c h f ü h r u n g der Spinnversuche und H e r r n Schubert

f ü r die g e w i s s e n h a f t e A r b e i t b e i d e r

Gelteil-

c h e n z ä h l u n g in d e n V i s k o s e n . Literatur [1] Vosters, IL L., 2. K o l l o q u i u m über viskose technische F r a g e n , S t o c k h o l m 6. 3. 1956. [2] Jörnen, II., i n : Kolos, F., Ü b e r die Reinheit von Spinnlösungen. V o r t r a g , gehalten beim Zellwolle-Kolloquium in Lenzing a m 8./9. 5. 1962. Len/.inger B e r i c h t e , Folge 1 2 , S e p t e m b e r 1962. [3] Gray, K. L., und Yorke, R. 1!'., Gel Particles and T h e i r Effect on the Tensile Properties of High T e n a c i t y Viscose Fibers. J . P o l y m e r Sei. 6 1 (1962) 171, S. S 5 - S 7 . [4] More, J. W., und Cray, K. L., T h e I m p o r t a n c e of Small Particles in T y r e Y a r n Viscose. V o r t r a g , gehalten auf der 1. ChemiezellstolT-Konferenz der T A P P I in Montreal vom 16. bis 20. J u n i 1 9 6 3 . R e f . : Papier 17 (1963) 9, S. 4 5 8 - 4 5 9 .

[5] Philipp, II., und Daiulisch, .J., Zum Einfluß des Gelteilchengehaltes von Yiskoscspinnlösungen auf den übermolekularen B a u daraus hergestellter CelluloseR e g e n e r a l f ä d e n . Faserforsch. u. T e x t i l t e c h n . 1 4 (1963) 7, S. 2 7 4 - 2 8 0 . [6] Edelmann, K., und Horn, F., Zur Herstellung und Anwendung der alkalischen E i s e n - W e i n s ä u r e - N a t r i u m K o m p l e x l ö s u n g für die viskosimetrische D P - B e s l i m mung der Cellulose, Faserforsch, u. T e x t i l t e c h n , 9 (1958) 11, S. 4 9 5 - 5 0 0 . [7] Kolos, F., und Treiber, F., Particle D e t e r m i n a t i o n s in Viscose Solution. S v e n s k Papperstidn. 6 4 (1961) 16, S. 5 7 7 - 5 8 8 . [8] Kolos, F., Prerequisite Conditions for Conductometric D e t e r m i n a t i o n s of P a r t i c l e Distribution in Viscose Solution. S v e n s k Papperstidn. 6 4 (1961) 1 5 , S. 533 bis 544. [9] Schmiedeknecht, II., und Klare, IL, B e i t r ä g e zum E i n satz von Zellstoffen und Modifikatoren bei der E r spinnung von Viskose-Supercord. A b h . dt. A k a d . W i s s . Berlin, Klasse Chemie, Geologie u. Biologie (1963) 1, S. 1 3 7 - 1 5 1 . [10] Treiber, F., T h e S t a t e of Solution of T e c h n i c a l Viscose. J . P o l y m e r Sei. 5 1 (1961) 5, S. 2 9 7 - 3 1 5 . Eingegangen

am 17. Dezember

1963

Zur Bestimmung des Luftgehaltes in Spinnviskosen Rudolf

Peceny

Severoceske

chemicke

zävody,

LovosicejCSSR

DK

677.463.021.42:66.069.84

Zur Beurteilung des E n t l ü f t u n g s g r a d e s von Viskose muß sowohl die in B l ä s c h e n f o r m dispergierte als a u c h die gelöste L u f t b e s t i m m t werden. N a c h einer kritischen B e t r a c h t u n g der b e k a n n t e n volumetrischen Methode werden zwei Z ä h l m e t h o d e n zur B e s t i m m u n g der dispergierten L u f t vorgeschlagen, bei denen k o n d u k t o m e t r i s c h e bzw. optische B l ä s c h e n - Z ä h l a p p a r a t e verwendet werden. Zur B e s t i m m u n g des Gleichgewichtsdruckes der gelösten L u f t in Viskose wird eine Methode angegeben, die auf einer mikroskopischen Messung der Lösegeschwindigkeit von Stickstoffbläschen b e r u h t . P r a k t i s c h e Ergebnisse werden mitgeteilt. K onpedejienuio codepwcaHua eoadyxa e euenoanux npudujimux

paemeopax

J],jia oiteHKH oTenenH 0Öe3B03ßyninBaHJiH bhcko3 HeoöxoaiiMO npoBOHHTb onpejtejieHne cojtepjKaHHH KaK aiicneprupoBaHHoro b Bii^e nysupKOB, Tau h pacTBopeHHoro b BHCK03e B 0 3 j t y x a . I l o c n e K p i m i t e c K o r o p a c c MOTpeHHH H3BecTHBix oöbeMHbix MeTOHOB npe3,.narawTCH 3,Ba hhcjiobhx MeTO^a JVM onpenejieHHH ffliicnepriipoBaHHoro B o a n y x a c npiiMeHetmeM KOH/jyKTOMeTpHHecKHx hjih onTHiecKiix npnöopoB rjih noncqeTa q i i c j i a n y s w p kob. npHBO^HTCH MeTop; ajih onpejtejiemiH paBHOBecHoro ^aBJieHHH pacTBopeHHoro b BiicK03e BOBflyxa, o c n o BaHHbift Ha H3MepeHHH cKopocTii pacTBopeHHH nysbipKon asoTa npn noMomn MHKpocKona. B saKOHoweniie H3JiaraioTCH nojiyneHHbie npaKTimecKHe pesyjibTaTti. On the Determination

of Air Content

of Spinning

Viscoses

T h e evaluation of the degree of deaeration of viscose requires the d e t e r m i n a t i o n of the air dispersed in the form of bubbles as well as of the dissolved air. After a critical review of the known volumetric m e t h o d s , two counting m e t h o d s are proposed using optical or c o n d u c t o m e t r i c a l counting devices. F u r t h e r , a m e t h o d of d e t e r m i n a t i o n of the equilibrium pressure of air dissolved in viscose b y microscopic m e a s u r e m e n t s of the dissolving speed of nitrogen bubbles is described. T h e E x p e r i m e n t a l results are reported. 1

Einleitung

B e i der Herstellung von Betriebsviskosen k a n n n i c h t vermieden werden, daß L u f t in die Viskose gelangt. Obwohl der Sauerstoff zum größten Teil von den in der Viskose e n t h a l t e nen reduzierenden Verbindungen v e r b r a u c h t wird, sehen wir es n i c h t als unrichtig an, die aus der L u f t s t a m m e n d e n , in der Viskose enthaltenen Gase als L u f t zu bezeichnen. Die H e r k u n f t dieser Gase wird dadurch am besten ausgedrückt. B e k a n n t l i c h k a n n die L u f t teils in B l ä s c h e n f o r m in der Viskose vorhanden, teils in dieser gelöst sein. In n i c h t entl ü f t e t e n Viskosen sind stets beide F o r m e n nebeneinander vorhanden. W ä h r e n d die Menge der L u f t b l ä s c h e n vor allem von m e c h a n i s c h e n F a k t o r e n bei der Viskoseherstellung abh ä n g t [1, 2], wird die K o n z e n t r a t i o n der gelösten L u f t durch die T e m p e r a t u r , den D r u c k und die V r iskosezusammenset4 Faserforschung

zung b e s t i m m t . Die K o n z e n t r a t i o n der gelösten L u f t n ä h e r t sich u m so schneller der entsprechenden Gleichgewichtsk o n z e n t r a t i o n , j e größer die Grenzfläche zwischen der gasförmigen und flüssigen Phase ist, m i t anderen W o r t e n , j e mehr und j e kleinere B l ä s c h e n in der Viskose e n t h a l t e n sind. U n t e r normalen B e t r i e b s b e d i n g u n g e n wird die Gleichgewichtskonzentralion der gelösten L u f t meist n i c h t erreicht, da die Lösungs- und E n t b i n d u n g s g e s c h w i n d i g k e i t von L u f t in Viskose niedrig ist [2]. Man k a n n daher die K o n zentration der gelösten L u f t n a c h den gegebenen ä u ß e r e n Bedingungen, trotz der Gültigkeit des Heiirischen Gesetzes, nur sehr schwer a b s c h ä t z e n . Dispergierte L u f t b l ä s c h e n in Spinnviskose sind i m m e r schädlich und führen zu Spinnschwierigkeiten und Qualil ä t s v e r l u s t . Molekular gelöste L u f t ist n a c h unseren experimentellen E r f a h r u n g e n an Supercordviskose und R e y o n viskose unschädlich, sofern die kritische K o n z e n t r a t i o n

Faserforschung und Textiltechnik 15 (1964) Heft 4

157

Peceny:

Zur B e s t i m m u n g des L u i t g e h a l t e s in Spinnviskosen

mentelles Material und sollte zweckmäßigerweise u n t e r Betriebsbedingungen v o r g e n o m m e n werden, wo zudem im

Vergleich

zu T e c l i n i k u m s a n s ä t z e n

eine

wesentlich

g r ö ß e r e G l e i c h m ä ß i g k e i t der Y i s k o s i e r u n g u n d Y e r s p i n nung gewährleistet ist. H e r r n I n g . Grawe

d a n k e n wir a n dieser S t e l l e für die

sorgfältige D u r c h f ü h r u n g der Spinnversuche und H e r r n Schubert

f ü r die g e w i s s e n h a f t e A r b e i t b e i d e r

Gelteil-

c h e n z ä h l u n g in d e n V i s k o s e n . Literatur [1] Vosters, IL L., 2. K o l l o q u i u m über viskose technische F r a g e n , S t o c k h o l m 6. 3. 1956. [2] Jörnen, II., i n : Kolos, F., Ü b e r die Reinheit von Spinnlösungen. V o r t r a g , gehalten beim Zellwolle-Kolloquium in Lenzing a m 8./9. 5. 1962. Len/.inger B e r i c h t e , Folge 1 2 , S e p t e m b e r 1962. [3] Gray, K. L., und Yorke, R. 1!'., Gel Particles and T h e i r Effect on the Tensile Properties of High T e n a c i t y Viscose Fibers. J . P o l y m e r Sei. 6 1 (1962) 171, S. S 5 - S 7 . [4] More, J. W., und Cray, K. L., T h e I m p o r t a n c e of Small Particles in T y r e Y a r n Viscose. V o r t r a g , gehalten auf der 1. ChemiezellstolT-Konferenz der T A P P I in Montreal vom 16. bis 20. J u n i 1 9 6 3 . R e f . : Papier 17 (1963) 9, S. 4 5 8 - 4 5 9 .

[5] Philipp, II., und Daiulisch, .J., Zum Einfluß des Gelteilchengehaltes von Yiskoscspinnlösungen auf den übermolekularen B a u daraus hergestellter CelluloseR e g e n e r a l f ä d e n . Faserforsch. u. T e x t i l t e c h n . 1 4 (1963) 7, S. 2 7 4 - 2 8 0 . [6] Edelmann, K., und Horn, F., Zur Herstellung und Anwendung der alkalischen E i s e n - W e i n s ä u r e - N a t r i u m K o m p l e x l ö s u n g für die viskosimetrische D P - B e s l i m mung der Cellulose, Faserforsch, u. T e x t i l t e c h n , 9 (1958) 11, S. 4 9 5 - 5 0 0 . [7] Kolos, F., und Treiber, F., Particle D e t e r m i n a t i o n s in Viscose Solution. S v e n s k Papperstidn. 6 4 (1961) 16, S. 5 7 7 - 5 8 8 . [8] Kolos, F., Prerequisite Conditions for Conductometric D e t e r m i n a t i o n s of P a r t i c l e Distribution in Viscose Solution. S v e n s k Papperstidn. 6 4 (1961) 1 5 , S. 533 bis 544. [9] Schmiedeknecht, II., und Klare, IL, B e i t r ä g e zum E i n satz von Zellstoffen und Modifikatoren bei der E r spinnung von Viskose-Supercord. A b h . dt. A k a d . W i s s . Berlin, Klasse Chemie, Geologie u. Biologie (1963) 1, S. 1 3 7 - 1 5 1 . [10] Treiber, F., T h e S t a t e of Solution of T e c h n i c a l Viscose. J . P o l y m e r Sei. 5 1 (1961) 5, S. 2 9 7 - 3 1 5 . Eingegangen

am 17. Dezember

1963

Zur Bestimmung des Luftgehaltes in Spinnviskosen Rudolf

Peceny

Severoceske

chemicke

zävody,

LovosicejCSSR

DK

677.463.021.42:66.069.84

Zur Beurteilung des E n t l ü f t u n g s g r a d e s von Viskose muß sowohl die in B l ä s c h e n f o r m dispergierte als a u c h die gelöste L u f t b e s t i m m t werden. N a c h einer kritischen B e t r a c h t u n g der b e k a n n t e n volumetrischen Methode werden zwei Z ä h l m e t h o d e n zur B e s t i m m u n g der dispergierten L u f t vorgeschlagen, bei denen k o n d u k t o m e t r i s c h e bzw. optische B l ä s c h e n - Z ä h l a p p a r a t e verwendet werden. Zur B e s t i m m u n g des Gleichgewichtsdruckes der gelösten L u f t in Viskose wird eine Methode angegeben, die auf einer mikroskopischen Messung der Lösegeschwindigkeit von Stickstoffbläschen b e r u h t . P r a k t i s c h e Ergebnisse werden mitgeteilt. K onpedejienuio codepwcaHua eoadyxa e euenoanux npudujimux

paemeopax

J],jia oiteHKH oTenenH 0Öe3B03ßyninBaHJiH bhcko3 HeoöxoaiiMO npoBOHHTb onpejtejieHne cojtepjKaHHH KaK aiicneprupoBaHHoro b Bii^e nysupKOB, Tau h pacTBopeHHoro b BHCK03e B 0 3 j t y x a . I l o c n e K p i m i t e c K o r o p a c c MOTpeHHH H3BecTHBix oöbeMHbix MeTOHOB npe3,.narawTCH 3,Ba hhcjiobhx MeTO^a JVM onpenejieHHH ffliicnepriipoBaHHoro B o a n y x a c npiiMeHetmeM KOH/jyKTOMeTpHHecKHx hjih onTHiecKiix npnöopoB rjih noncqeTa q i i c j i a n y s w p kob. npHBO^HTCH MeTop; ajih onpejtejiemiH paBHOBecHoro ^aBJieHHH pacTBopeHHoro b BiicK03e BOBflyxa, o c n o BaHHbift Ha H3MepeHHH cKopocTii pacTBopeHHH nysbipKon asoTa npn noMomn MHKpocKona. B saKOHoweniie H3JiaraioTCH nojiyneHHbie npaKTimecKHe pesyjibTaTti. On the Determination

of Air Content

of Spinning

Viscoses

T h e evaluation of the degree of deaeration of viscose requires the d e t e r m i n a t i o n of the air dispersed in the form of bubbles as well as of the dissolved air. After a critical review of the known volumetric m e t h o d s , two counting m e t h o d s are proposed using optical or c o n d u c t o m e t r i c a l counting devices. F u r t h e r , a m e t h o d of d e t e r m i n a t i o n of the equilibrium pressure of air dissolved in viscose b y microscopic m e a s u r e m e n t s of the dissolving speed of nitrogen bubbles is described. T h e E x p e r i m e n t a l results are reported. 1

Einleitung

B e i der Herstellung von Betriebsviskosen k a n n n i c h t vermieden werden, daß L u f t in die Viskose gelangt. Obwohl der Sauerstoff zum größten Teil von den in der Viskose e n t h a l t e nen reduzierenden Verbindungen v e r b r a u c h t wird, sehen wir es n i c h t als unrichtig an, die aus der L u f t s t a m m e n d e n , in der Viskose enthaltenen Gase als L u f t zu bezeichnen. Die H e r k u n f t dieser Gase wird dadurch am besten ausgedrückt. B e k a n n t l i c h k a n n die L u f t teils in B l ä s c h e n f o r m in der Viskose vorhanden, teils in dieser gelöst sein. In n i c h t entl ü f t e t e n Viskosen sind stets beide F o r m e n nebeneinander vorhanden. W ä h r e n d die Menge der L u f t b l ä s c h e n vor allem von m e c h a n i s c h e n F a k t o r e n bei der Viskoseherstellung abh ä n g t [1, 2], wird die K o n z e n t r a t i o n der gelösten L u f t durch die T e m p e r a t u r , den D r u c k und die V r iskosezusammenset4 Faserforschung

zung b e s t i m m t . Die K o n z e n t r a t i o n der gelösten L u f t n ä h e r t sich u m so schneller der entsprechenden Gleichgewichtsk o n z e n t r a t i o n , j e größer die Grenzfläche zwischen der gasförmigen und flüssigen Phase ist, m i t anderen W o r t e n , j e mehr und j e kleinere B l ä s c h e n in der Viskose e n t h a l t e n sind. U n t e r normalen B e t r i e b s b e d i n g u n g e n wird die Gleichgewichtskonzentralion der gelösten L u f t meist n i c h t erreicht, da die Lösungs- und E n t b i n d u n g s g e s c h w i n d i g k e i t von L u f t in Viskose niedrig ist [2]. Man k a n n daher die K o n zentration der gelösten L u f t n a c h den gegebenen ä u ß e r e n Bedingungen, trotz der Gültigkeit des Heiirischen Gesetzes, nur sehr schwer a b s c h ä t z e n . Dispergierte L u f t b l ä s c h e n in Spinnviskose sind i m m e r schädlich und führen zu Spinnschwierigkeiten und Qualil ä t s v e r l u s t . Molekular gelöste L u f t ist n a c h unseren experimentellen E r f a h r u n g e n an Supercordviskose und R e y o n viskose unschädlich, sofern die kritische K o n z e n t r a t i o n

F a s e r f o r s c h u n g u n d T e x t i l t e c h n i k 15 (1964) H e f t 4

158 Peceny: nicht überschritten wird. Dies tritt dann ein, wenn der Gleichgewichtsdruck der gelösten Luft größer wird, als der Druck, dem die Viskose auf ihrem Weg zur Spinndüse ausgesetzt isl. Mit Gleichgewichlsdruck ist jener Druck gemeint, der bei gegebener Viskosezusammenselzung und Temperatur mit der vorhandenen Konzentration der gelösten Luft im Gleichgewicht steht. Auch für den Enllüftungsvorgang selbst ist ein niedriger Gleichgewichtsdruck der gelösten Luft in der entlüfteten Viskose vorteilhaft. Iis bleiben zum Beispiel nach der klassischen Knilüftung in den oberen Kesselschichlen meist Mikrobläsehen infolge ihrer geringen Auftriebsgeschwindigkeit zurück. Diese lösen sich nach Wegnahme des Vakuums in der Viskose um so schneller, je niedriger der Gleichgewichtsdruck der gelösten Luft ist. Auch bei der kontinuierlichen Vakuumentlüftung kann der Gehalt an gelöster Luft wichtig sein. Es ist zum Beispiel die Schaumentwicklung bei einer viel gelöste Luft enthallenden Viskose größer. Bei der Beurteilung des Entlüflungsgrades von Viskosen ist es daher notwendig, neben der Bestimmung des Gehaltes an Bläschen auch die gelöste Luft in der Viskose zu berücksichtigen, Voraussetzung richtiger Ergebnisse ist die Anwendung geeigneter Methoden, init denen wir uns näher befaßt haben. Erklärung Luft (g) r/j, d2 .1) dfc /\, K ' ' K ' " P JJIC ])Q

R Qe t T V 2 Die

der verwendeten

Symbole

gasförmige Luft Bläschendurchmesser beim Druck P [cm] bläschendurchmesser krilischer Bläschendurchmesser fem] Konstanten Druck in der Viskoseleitung [al] Viskosedruck im Meßkopf des konduklomelrischen Bläschenzählgerätes [at] GleichgewichIsdruck der gelösten Luft in Viskose, d. h. der Druck, bei dem die Löslicbkeit von Luft, der gegebenen Konzentration der gelösten Lul't entsprechen würde elektrischer Widerstand spezifischer Widerstand der Viskose Lösedauer der Bläschen [min] Strömungsdauer der Viskose von der Meßstelle bis zur Düse [min] Bläschenvolumen

Bestimmung

dispergierter

Luft

in

Viskose

Bei der Auswahl von Methoden zur Bestimmung dispergierter Luft in Viskose muß man grundsätzlich zwischen unentlüfteter Viskose und Spinnviskose unterscheiden. 2.1 Die Bestimmung

in unentlüfteter

Viskose

Für Viskosen mit einem Luftgehalt von 1 ml/1 bis etwa 100 ml/1 Luft (g), sind verschiedene Metboden von hinreichender Genauigkeit bekannt. So zum Beispiel die Bestimmung der Volumensänderung der Viskose nach der spontanen Entlüftung im Meßzylinder oder nach deren Entlüftung durch Zentrifugieren oder mittels Ultraschall [3], die Bestimmung des scheinbaren spezifischen Gewichtes und die Volumensänderung nach Druckerniedrigung [1, 5, 6] beziehungsweise Druckerhöhung [7]. 2.2 Die Bestimmung

in

Spinnviskose

Viel schwieriger ist die Bestimmung bei Spinn viskosen. Das Volumen der Bestbläschen ist hier sehr gering, und außerdem sind diese meist nicht homogen in der Viskose verteilt. So können zum Beispiel bei klassisch enLlüfteten Viskosen in den oberen Kesselschichten mehr Bläschen vorhanden sein. Beim Einsaugen von Luft an undichten Stellen (Ventile, Pumpen u. ä.) wird die Verteilung der Restbläschen in der Viskose noch unübersichtlicher, so daß deren analytische Erfassung besondere Meßmethoden erfordert.

Zur Bestimmung des Luftgehaltes in Spinnviskosen

Tabelle 1. Vergleich des Spinnverlaufes mit dem scheinbaren Luftgehalt der Viskose, bestimmt nach [4J (dilatometrische Vakuummethode ) Probe

Viskose

Scheinbarer Luftgehalt [ml/1]

Spinnverlauf

1 2 3 4

Cord

0,02 0,08 0,18 0,26

gut schlecht gut gut

5 6 7 8

Reyon

0,03 0,06 0,17 0,28

gut schlecht gut gut

"

Zur Bestimmung von Bläschen in Spinnviskosen scheidet zum Beispiel die Methode nach Perepelkin ffi] aus, da deren Erfassungsbereich über 1 ml Gas/1 Viskose liegt. Außerdem besitzt sie den Mangel, der allen Vakuummethoden eigen isl [4, 5, 8]. Bei diesen Methoden tritt nach Druckerniedrigung neben der den Gasgesetzen entsprechenden Volumensvergrößerung auch eine Abscheidung gelöster Luft ein. Die Abscheidungsgeschwindigkeit der gelösten Luft ist dabei abhängig von ihrem Gleichgewichlsdruck, der Größe und Zahl der Restbläschen [2], sowie vom Vorhandensein von Desorptionszentren (nichtnetzender Partikel, llahnschmierung u. ä.} Die Volumensänderung ist daher zeitabhängig und wird nicht allein vom Gehalt an dispergierlcn Bläschen bestimmt. Eigene langjährige Erfahrungen mit der dilalometrischen Vakuummelhode nach [4, 8] haben gezeigt, daß der mit diesen Methoden gefundene scheinbare Luflgehalt nicht mit den Spinnergebnissen im Zusammenhang steht. Die Messungen wurden stets mit Sorgfalt durchgeführt, und auf richtige Probenahme und Temperalurkonstanz während der Messungen wurde besonderer Wert gelegt. Einige Meßergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben. Aus den angeführten Gründen können die dilatomelrischen Vakuummethoden weder als exakte noch als relalive Methoden zur Bestimmung von dispergierter Luft in Viskose angesehen werden. Aber auch die Methode nach Demus [7] kann für Spinnviskosen nicht benutzt werden. Erstens ist die Empfindlichkeit dieser Methode zu gering, und zweitens wird bei der angegebenen Vorschrift die Zusammendrückbarkeil der luftfreien Viskose zwar in Betracht gezogen, jedoch nicht genügend berücksichtigt, daß diese von verschiedenen Faktoren, wie Viskosezusammenselzung, Reifegrad und Temperatur beeinflußt wird, was bei exakten Messungen nicht übergangen werden darf. Es hat sich daher als notwendig erwiesen, neue Methoden zur Bestimmung von dispergierter Luft in Spinnviskose zu entwickeln. 2.3 Vorschlag neuer Methoden Luft in Spinnviskose 2.3.1 Modifizierte

Methode

zur Bestimmung

nach Demus

dispergierter

[13]

Unter B e i b e h a l t u n g des Prinzips der g e n a n n t e n Methode h a b e n wir deren D u r c h f ü h r u n g in der W e i s e verbessert, daß das Meßgefäß in einem eisernen D r u c k gefäß u n t e r g e b r a c h t wird (siehe Bild 1), wodurch die Dilatation des Glasgefäßes u n t e r D r u c k ausgeschaltet wird. Dies ermöglicht die Verwendung von Meßkapillaren bis zu einem Durchmesser von etwa 0 , 0 6 cm, wodurch die Erfassungsgrenze der Methode bedeutend verbessert wird (Bild 2). Um a u c h die veränderliche Z u s a m m e n d r ü c k b a r k e i t der Viskose zu berücksichtigen, b e s t i m m t m a n die Volumenänderung bei zwei verschiedenen D r ü c k e n (2 a t

F a s e r f o r s c h u n g u n d T e x t i l t e c h n i k 15 (1964) H e f t 4

159 Peceny:

Zur Bestimmung des Luf'tgehaltes in Spinnviskosen und 3 at). Die B e r e c h nung erfolgt dann nach der Gleichung:

Tabelle 2. Vergleich des S pinnverlaufes mit dem Luftgehalt von Spinnviskosen, bestimmt mit der modifizierten Methode nach Demus (Die Viskosen sind mit jenen in Tabelle 1 identisch)

ml/1 L u f t (g) = ^ » - " ' U o o o . A A c2

vz

Probe

Viskose

1 2 :i 4

Cord

5 (i 7 8 9

Reyon

(1)

Volumen des Meßgefäßes [ml], Volumenänderung, abgelesen in der Meßkapillare bei 2 a t [ml], Volumenänderung, abgelesen in der M eßkapillare bei 3 at ["ml].

B e o b a c h t e t m a n bei der Durchführung die genaue Einstellung des Druckes (am besten mittels Hg-Manometer), T e m p e r a t u r k o n s t a n z der Viskose und möglichst kurze Druckeinwirkung ( m a x i m a l 1 min), wegen der Löslichkeit der Bläschen unter Druck, k o m m t m a n zu e x a k t e n E r g e b nissen. Obwohl wir die beschriebene Methode als Bild 1. Meß Vorrichtung zur die einzig brauchbare modifizierten .Methode nach volumetrische Methode Demus zur L u f t b e s t i m m u n g in 1 gläsernes Meßgefäß Spinnviskosen betrach2 eisernes Druckgefäß ten, ist ihre E m p f i n d 3 Schutzhaube aus Plexiglas 4 Meßkapillare lichkeit (0,002 ml/1 ± 5 gläsernes Schutzrohr 0 , 0 0 2 ml/1) doch zu gering, um stets eindeutige Aussagen über den R e s t l u f t g e h a l t in Spinnviskosen liefern zu können. Nur wenn ein L u f t g e h a l t über 0 , 0 0 4 ml/1 gefunden wird, e n t h ä l t die untersuchte Viskose

>>

Luftgelialt [ml/1]

Spinnverlauf

0,003 0,002 0,004 0,003

gut schlecht gut gut

0,002 0,003 0,001 0,004 0,008

gut schlecht gut gut schlecht

Probe 9 ist eine Versuchsviskose. dispergierte L u f t . B e i allen u n t e r h a l b der Erfassungsgrenze liegenden Ergebnissen bestehen zwei Möglichkeiten : 1. die Viskose ist v o l l k o m m e n e n t l ü f t e t , oder 2. die Viskose e n t h ä l t noch schädliche B e s t b l ä s c h e n . U n t e r B e n u t z u n g der g e n a n n t e n Methode h a b e n wir bei normalen Betriebsviskosen nie L u f t g e h a l t e über 0 , 0 0 4 ml/1 feststellen können. E i n i g e Meßergebnisse sind in T a b e l l e 2 zusammengestellt. Sie beweisen, d a ß m i t t e l s der modifizierten Methode bei über 0 , 0 0 4 ml/I ein Z u s a m m e n h a n g m i t dem Spinnergebnis gefunden wird, bei W e r t e n u n t e r 0 , 0 0 4 ml/1 die Methode j e d o c h n i c h t aussagekräftig ist. In diesem Z u s a m m e n h a n g wollen wir darauf hinweisen, daß die üblichen L i t e r a t u r a n g a b e n , die für Spinnviskosen L u f t g e h a l t e von 0 , 0 2 ml/1 und m e h r zulassen, unseres E r a c h t e n s nach als falsch angesehen werden müssen. D e r Beweis dafür ist leicht zu erbringen, wenn m a n die Zahl der diesem Volumen entsprechenden B l ä s chen errechnet. D e m V o l u m e n 0 , 0 2 ml e n t s p r e c h e n : Bläschenzahl 38 4800 38000 304000

Bläschendurchmesser 1

mm mm mm 0,05 m m

0,2 0,1

E i n solcher L u f t g e h a l t , aber auch noch j e n e r bei der m a x i m a l m i t volumetrischen Methoden erreichbaren E m p f i n d l i c h k e i t 0 , 0 0 4 ml/1, m ü ß t e m i t freiem Auge noch e r k e n n b a r sein. Dies ist j e d o c h bei Spinnviskosen, richtige P r o b e n a h m e vorausgesetzt, nie der F a l l . Außerdem m ü ß t e m a n bei dem in der L i t e r a t u r zugelassenen L u f t g e h a l t bereits erhebliche Spinnschwierigkeiten erwarten.

Bild 2. Apparatur zur modifizierten Methode nach Demus 1 Reduzierventil 5 Meß Vorrichtung (siehe Bild 1) 2 Puffergefäß für die 6 Hahn zur Regulierung des reduzierte Druckluft Druckes im Falle, daß kein 3 Manometer Reduzierventil zur Verfügung 4 Dreiweghahn steht 7 Zuleitung der Druckluft 4»

Aus dem Gesagten geht eindeutig hervor, daß volumetrische Methoden zur B e u r t e i l u n g des L u f t g e h a l t e s v o n Spinnviskosen ungeeignet sind. Neben ihrer zu geringen E m p f i n d l i c h k e i t stellt auch die P r o b e n a h m e selbst, bei unhomogener Verteilung der B l ä s c h e n (siehe 1), ein p r a k t i s c h unlösbares P r o b l e m dar. N a c h d e m m i t t e l s der modifizierten Methode n a c h Demus bewiesen wurde, daß der L u f t g e h a l t von Spinnviskosen normal u n t e r h a l b der Erfassungsgrenze volum e t r i s c h e r Methoden liegt, h a b e n wir eine neue Methode

F a s e r f o r s c h u n g u n d T e x t i l t e c h n i k 15 (1964) H e f t 4

160 Peceny:

Zur Bestimmung des Luftgehaltes in Spinnviskosen

zur L u f t b e s t i m m u n g in Spinnviskosen ausgearbeitet. W i r w ä h l t e n eine Methode, bei der die B l ä s c h e n z a h l und B l ä s c h e n g r ö ß e gemessen wird, da nur dieses Prinzip eine genügende E m p f i n d l i c h k e i t gewährleistet. 2.3.2 Die Luftbestimmung zählapparaten 2.3.2.1 Konduktometrische

in Spinnviskosen

mittels

Bläschen-

Methode

B e i der k o n d u k t o m e t r i s c h e n Methode wird die Viskose u n v e r d ü n n t durch eine L o c h ö f f n u n g geleitet und m i t einer M e ß e i n r i c h t u n g die Änderung des elektrischen W i d e r s t a n d e s verfolgt, die beim D u r c h t r i t t der einzelnen B l ä s c h e n hervorgerufen wird. Dadurch ist es möglich, einzelne B l ä s c h e n zu erfassen und gleichzeitig ihre Größe a b z u s c h ä t z e n , da die W i d e r s t a n d s ä n d e r u n g direkt proportional dem B l ä s c h e n v o l u m e n ist. Die W i d e r s t a n d s ä n d e r u n g b e t r ä g t [ 1 4 ] : R=

K-Qb-

V

(2)

D4 '

E r s t bei B l ä s c h e n , deren Durchmesser größer ist als etwa 3 0 % des Lochdurchmessers, t r e t e n Abweichungen auf. U m alle schädlichen B l ä s c h e n erfassen zu können, muß die Meßeinrichtung so eingestellt werden, daß alle über dem kritischen Durchmesser liegenden Bläschen e r f a ß t werden. Kleinere B l ä s c h c n müssen n i c h t b e a c h t e t werden, da sie bei dem vor der Spinndüse herrschenden Druck rechtzeitig gelöst werden, noch b e v o r sie in die Düse gelangen. Der kritische Durchmesser k a n n m i t Hilfe der Gleichung (3) für die jeweiligen Meßbedingungen b e r e c h n e t werden [ 2 ] : dl = IC" •

P-Pi

(3) '

Der kritische Durchmesser dk liegt meist zwischen 50 jum und 200 /im. D a der äquivalente Durchmesser von Geltcilchen in normalen Spinnviskosen bedeutend geringer ist als der kritische B l ä s c h e n d u r c h m e s s e r , ist ein E i n f l u ß v o n Gelteilchen auf die Messungsergebnisse n i c h t zu b e f ü r c h t e n . Die zur Messung b e n ö t i g t e A p p a r a t u r e n t s p r i c h t im Prinzip j e n e r eines Coulter Counters [12, 15], die der Messung m i t u n v e r d ü n n t e r Viskose a n g e p a ß t sein m u ß . Die Zusammenstellung der v o n uns verwendeten A p p a r a t u r ist in Bild 3 und 4 wiedergegeben. Die Viskose gelangt aus der F i l t e r kerze B in den M e ß k o p f A. Der Teil der Viskose, in dem die B l ä s c h e n z a h l b e s t i m m t wird, geht in Pfeilricht u n g in das Auffanggefäß C, der R e s t fließt bei K ab und verhindert, daß Gasbläschen, die an der als K a t h o d e v e r w e n d e t e n E l e k t r o d e 4 entstehen, in die Lochöfinung gelangen k ö n n e n . F ü r die L u f t b e s t i m m u n g in Viskose eignen sich Lochdurchmesser von etwa 3 0 0 bis 8 0 0 /im. Ihre optimale Größe ist a b h ä n g i g v o m kritischen B l ä s c h e n d u r c h m e s s e r und v o n der E m p f i n d l i c h k e i t der Meßeinrichtung. J e größer der kritische B l ä s c h e n d u r c h m e s s e r und j e höher die E m p f i n d l i c h k e i t der verwendeten Meßeinrichtung, um so größer k a n n der L o c h d u r c h m e s s e r gewählt werden, was natürlich vorteilhaft ist, da m a n eine größere Durcliflußgeschwindigkeit der Viskose b e k o m m t . Die von uns b e n u t z t e Meßeinrichtung ist in Bild 5 wiedergegeben. Die v e r s t ä r k t e n Impulse wurden als ballistische Ausschläge eines Spiegelgalvanometers m i t Photoregistriereinrichtung verfolgt. Als Spiegelgalvano-

Bild 3. Meßeinrichtung zur Bestimmung der Bläschenzahl in Viskose A Meßkopf B Filterkerze C Meßzvlinder

D Partikelzahlgerät E Manometer K Viskoseabfluß

meter diente ein G e r ä t der F a . Kipp-Zonen ( 1 0 - 7 A/mm/ in, 0 , 2 s). B e i einem L o c h d u r c h m e s s e r von 7 5 0 ¡xra betrug der G a l v a n o m e t e r a u s s e h l a g für B l ä s c h e n v o n 100 /im 0 , 9 cm. Die K a l i b r a t i o n führten wir m i t Viskose durch, der S a n d p a r t i k e l b e s t i m m t e r Größe zugesetzt wurden. (Die einzelnen G r ö ß e n f r a k t i o n e n wurden mittels Normalsiebe getrennt.) F ü r störungsfreie Messungen war eine gute A b s c h i r m u n g des Gerätes Voraussetzung. A u ß e r d e m war es wichtig, daß keine größeren D r u c k s c h w a n k u n g e n im M e ß k o p f a u f t r a t e n , da diese sich als Galvanometerausschläge b e m e r k b a r m a c h t e n . Die Messungen waren daher nur möglich, wenn dem Meßkopf eine F ö r d e r p u m p e (Spinnpumpe) v o r g e s c h a l t e t war. Einige Ergebnisse, die wir in der Cordspinnerei an einer Spinnstelle erzielten, sind in Bild (3 wiedergegeben. 2.3.2.2 Optische

Methode

B e i dieser Methode wird die Viskose kontinuierlich (etwa 100 ml/min) direkt aus einer Viskoserohrleitung, von der F i l t e r k e r z e oder aus einer Filterpresse, durch eine D u r c h f l u ß k ü v e t t e geleitet (Durchmesser und B r e i t e der K i i v e t t e etwa 4 cm bzw. 1 cm). Die Viskoscreinhcit wird m i t t e l s eines P r o j e k t i o n s a p p a r a t e s verfolgt, dessen Vergrößerung so gewählt werden m u ß , daß die kritischen L u f t b l ä s c h e n noch eindeutig e r f a ß t werden können. (Sie b e t r ä g t u n t e r normalen Bedingungen 10 X bis 20 X . ) Der kritische B l ä s c h e n d u r c h m e s s e r wird in derselben Weise wie u n t e r 2 . 3 . 2 angegeben berechnet. E s gilt die Regel, j e länger die S t r ö m u n g s d a u e r der Viskose von der Meßstelle bis zur Spinndüse ist, um so geringer k a n n die Vergrößerung gewählt werden, bzw. um so größer erscheinen die kritischen B l ä s c h e n bei k o n s t a n t e m Vergrößerungsverhältnis. Der L u f t g e h a l t der Viskose wird a m einfachsten visuell durch Auszählen der B l ä s c h e n in verschiedenen Größengruppen b e s t i m m t . Gegenüber der kondukto-

F a s e r f o r s c h u n g u n d T e x t i l t e c h n i k 15 (1964) H e f t 4

161 Peceny:

Zur B e s t i m m u n g des L u f t g e h a l t e s in Spinnviskosen

1

S * 11 in i'1 ii i

2

3 ..•.!.. w«,

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4

i » i M » . i m io» i«nj,i»»pi>iìnit»ài m/ttMiuj

10 t i »

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Bild 4. Meßkopf z u m B l ä s c h e n z ä h l g e r ä t Oberteil a u s n i c h t r o s t e n d e m S l a h l (innere Elektrode) S c h r a u b e n zur B e f e s t i g u n g der elektrischen Zuleitung Mittelstück a u s nichtleitendem Material Unterteil a u s nichtrostendem S t a h l (äußere Elektrode) Einlage a u s n i c h t l e i t e n d e m M a t e r i a l Ablauf der überschüssigen Viskose Dichtungsringe aus Gummi Meßröhrchen m i t k a l i b r i e r t e r Öffnung 10 Gummiring

metrischen hat die optische Methode mehrere Vorteile. Man kann die Partikel direkt beobachten, also eindeutig feststellen, ob es sich um Bläschen, Gelteilchen oder andere Verunreinigungen handelt. Die benötigte Appar a t u r (Bild 7) ist im Vergleich zur konduktometrischen Methode viel einfacher und die Bestimmung kann daher auch von Hilfslaboranten leicht durchgeführt werden. Im Vergleich zur konduktometrischen Methode ist die

Bild 6. Meßergebnisse m i t d e m k o n d u k t o m e t r i s c h e n B l ä s chenzählgerät 1 Viskose nach dem Filterkerzenwechsel 2 gut e n t l ü f t e t e , reine Viskose 3 l u f t h a l t i g e Viskose, durch u n d i c h t e Kessel hervorgerufen 4 Luftfreie, S c h m u t z p a r t i k e l e n t h a l t e n d e Viskose, hervorgerufen durch Durchbruch des F i l t e r m a t e r i a l s der Filterkerze Bern.: Meßstelle — Filterkerze a n der Spinnstelle Durchflußgeschwindigkeit der Viskose 30 ml/min

J

1,5 cm entspricht 1 Minute 1,0 cm entspricht 80 /im Bläschendurchmesser

Kalibration bedeutend leichter — es genügt, die Vergrößerung der Projektionseinrichtung zu bestimmen. Die Apparatur ist keinen Störungsmöglichkeiten ausgesetzt wie die konduktometrische, und die Empfindlichkeit der optischen Luftbestimmungsmethode und der konduktometrischen Methode kann etwa gleichgesetzt werden. Obwohl wir nach unseren Erfahrungen die optische Methode als die geeignetste Betriebsmethode zur Luftbestimmung in Spinnviskose ansehen, halten wir es

Bild 7. S c h e m a 1 a

der optischen Meßeinrichtung b e s t i m m u n g in Spinnviskose

zur L u f t -

Lichtquelle des P r o j e k t o r s

{ j | Optik der P r o j e k t o r s 2 3

D u r c h f l u ß k ü v e t t e für die u n t e r s u c h t e Viskose Bildschirm, auf d e m die Messung d u r c h g e f ü h r t wird

Faserforschung und T e x t i l t e c h n i k 15 (1964) H e f t 4

162 Peceny: Tabelle

3. Vergleich

des Luftgehaltes in Spinnviskosen verschiedenen Methoden

mit

der Viskose an gelöster L u f t . Es b e s t e h t die B e z i e h u n g [2]:

Luftbestiinmung Spinnviskose

dilatometrisch [ml/I]

modif. Methode konduktometrisch nach Demus [ml/1] X

' = K'" . - ^ T T optisch X

1 normal

0,25

0,040

0

2 normal

0,13

0,001

0

0

3 schleehl entlüftete Fil (erpresse

0,22

0,003

52

48

4 undichtes Ventil im Spinnkessel

0,2«

0,004

14

15

wegen ihrer E i n f a c h h e i t an dieser Stelle nicht für notwendig, die.se .Methode noch näher zu k o m m e n t i e r e n . des Luftgehaltes

in

Spinnviskosen

W i e aus dem Vergleich der Luftbestimmung' m i t verschiedenen Methoden aus Tabelle 3 hervorgeht, gelten für die dilatometrische L u f t b e s t i m m u n g s m e t h o d e und die modifizierte Methode nach Demus die in 2.2 und 2 . 3 . 1 g e m a c h t e n Feststellungen. Die optische und die k o n d u k t o m e t r i s c h e Methode bewiesen, daß in normaler Spinnviskose der L u f t g e h a l t unter 1 0 - 7 ml/1 liegt. B e i luftblasenhaltiger Spinnviskose, wie sie zum Beispiel bei E n t l ü f t u n g s s t ö r u n g e n oder schlechter E n t l ü f t u n g von Filterpressen im Großbetrieb v o r k o m m e n kann, sind nur die optische und die k o n d u k t o m e t r i s c h e Methode genügend empfindlich, um den L u f t g e h a l t dieser Viskosen b e s t i m m e n zu können. 3 Die Bestimmung

gelöster

Luft

in

Alle bisher b e k a n n t e n Methoden beruhen auf dem Prinzip, daß die gelöste L u f t durch Auskochen, meist unter V a k u u m , aus der Viskose ausgetrieben wird und m a n dann das Volumen der abgeschiedenen Gase bestimmt. W i e wir bereits in 1 erwähnten, k a n n der G e h a l t der \iskose an gelöster L u f t auch als Gleichgewichtsdruck ausgedrückt werden. Zu dessen Messung h a b e n wir eine v e r h ä l t n i s m ä ß i g einfache Methode entwickelt, die wir im folgenden wiedergeben wollen.

3.1.1

zur Bestimmung

-

P0, sodann die Dauer zur Vergrößerung desselben Bläschens von d2 auf dt bei einem niedrigeren Druck P2 < Pa. Die Messung kann man an ein und demselben Bläschen mehrere Male wiederholen, nachdem man das Bläschen mittels Druck oder Vakuum vor jeder Messung auf den gewünschten Durchmesser gebracht hat. E s ist dabei nur darauf zu achten, daß die Dampfspannung der Viskose nicht unterschritten wird, da dann Abweichungen auftreten können.

Abs. Druck [Torr]

Temperatur

751 653 548 450 351 245

22 22 22 22 22 22

Po

Dauer

Viskose

Abweichung

gefunden

[°C]

[Torr] 24 24 24 24 24 24

746 652 541 458 360 251

[Torr]

[%]

- 5

-0,7 -0,15 -0,4 + 1,7 + 2,5 + 2,4

-1

—7

+8

+ 9 + C

Stimmung der gelösten L u f t in Viskose haben wir nicht durchgeführt, sondern die Brauchbarkeit der neuen Methode an Viskoseproben untersucht, die wir unter konstantem absolutem Druck und bei konstanter Temperatur entlüfteten. Bei diesen Bestimmungen wurde vor der Entlüftung in die Viskose L u f t eingerührt, so daß deren primärer Luftgehalt über 100 ml Luft/1 Viskose betrug. Wie aus den in Tabelle 4 angeführten Ergebnissen ersichtlich ist, stimmt der mit der neuen Methode gefundene Gleichgewichtsdruck sehr gut mit dem theoretischen überein. Im folgenden wollen wir die Bestimmung des P0 noch an einigen Anwendungsbeispielen erläutern. 3.1.5

Antvendungsbeispiele

3.1.5.1

Bestimmung der Abhängigkeit des druckes P0 von der Viskosetemperatur

Gleichgewichls-

Die Messungen wurden mit einem Mikroskop (MEOPTA) bei 80facher Vergrößerung mit Hilfe eines Okularmikrometers durchgeführt. Die Bläschendurchmesser d1 und d2 betrugen 8/80 mm bzw. 5/80 mm. Druck und Vakuum wurden mit einer Genauigkeit von + 2 Torr gemessen. Vakuum-entlüftete

Viskose.

Die B e s t i m m u n g w u r d e an

normaler Betriebsviskose durchgeführt, deren Luftgehalt vor der Entlüftung 48 ml/1 betrug. Die stark lufthaltige Viskose wurde 33 h bei 18°C unter Vakuum Tabelle 5. Gleiehgewiehtsdruck

Viskose

[°C]

Lösedauer t [min]

22 22 22 22 22

588 385 312 217 185

— 161 -333 -910 250 143

1,70 2,60 3,20 4,61 5,40

-6,20 -3,00 -1,10 4,00 7,00

286

Aus mindestens zwei Versuchswerten wird grafisch P0 bestimmt (siehe Anwendungsbeispiel).

33 33 33

752 415 221

-137 -370 145

1,33 2,41 4,52

-7,30 -2,70 6,90

333

3.1.4

44 44 44

752 316 238

-156 263 101

1,33 3,16 4,20

-

6,40 3,80 9,90

409

50 50 50

752 556 408

-111

1,33 1,80 2,45

-9,00 -2,90 7,70

513

der

Methode

Die Genauigkeit der Bestimmung des Gleichgewichtsdruckes P0 nach der beschriebenen Methode betrug + 2 % (Standardabweichung). Einen Vergleich der Methode mit einer anderen bekannten Methode zur Be-

Viskosetemperatur

bei vakuum-entlüfteter

Abs. Druck P [Torr]

Genauigkeit

von

-345 130

1000

1000

P

Po (berechnet) [Torr]

F a s e r f o r s c h u n g u n d T e x t i l t e c h n i k 15 (1964) H e f t 4

164 Zur Bestimmung des Luftgehaltes in Spinnviskosen

Peceny:

bei 120 T o r r entlüftet. Die Ergebnisse sind in T a b e l l e 5 und Iilld 9 zusammengestellt. Ohne Vakuum entlüftete Viskose. Die B e s t i m m u n g wurde an derselben Bet.riebsviskose, wie oben, durchgeführt. Die u n t e r s u c h t e , s t a r k lufthaltige Viskose wurde vor der Messung 24 h bei 18°C und 752 T o r r im Becherglas stehengelassen. Nach dieser Zeit war die Viskose frei von L u f t b l a s e n . Die Ergebnisse sind in T a b e l l e ü und B i l d 10 zusammengestellt. 3.].5.2

Vergleich des P0 bei zwei in verschiedenen hergestellten Betriebsviskosen

Apparaten

Die Viskose A wurde in einem S i m p l e x - X a n t h a t a p p a r a t hergestellt, während Viskose B in B a r a t t e n sulfidiert und in Turbolösern gelöst wurde. Beide Viskosen wurden unter den gleichen Bedingungen e n t l ü f t e t ( V a k u u m 120 T o r r , Temperatur 18°C und Füllhöhe im E n t l ü f t u n g s k e s s e l 1,8 in). Tabelle

6. Gleichgewichtsdruck bei ohne Viskose

Vakuum

Viskosetempera t.ur l°C]

Abs. Druck P [Torr]

Lösedauer t [min]

1000 P

1000 t

22 22 22 22

2500 1298 645 485

148 244 -606 -177

0,40 0,77 1,55 2,06

6,76 4,10 -1,65 — 5,65

44 44 44 44

1960 1192 720 559

154 357 -312 -127

0,51 0,84 1,39 1,79

6,50 2,80 -3,20 -7,85

50 50 50

1639 1250 820

143 364 -172

0,16 0,80 1,22

7,00 2,75 -5,80

entlüfteter

(berechnet) [Torr]

775

Die als Beispiele unter 3 . 1 . 5 . 1 angeführten Messungen zeigen, daß sich der Gleichgewichtsdruck Pa bei Viskosen m i t hohem primären L u f t g e h a l t dem während der E n t l ü f t u n g herrschenden D r u c k n ä h e r t und die Löslichkeit von L u f t in Viskose m i t steigender T e m p e r a t u r a b n i m m t . B e i der klassischen V a k u u m e n t l ü f t u n g von Viskosen m i t geringem primären L u f t g e h a l t erh ä l t man stets einen höheren Gleichgewichtsdruck P0 in der entlüfteten Viskose (Tabelle 7). Dies ist dadurch bedingt, daß die E n t b i n d u n g von gelöster L u f t während der E n t l ü f t u n g nur an der Phasengrenzfläche zwischen L u f t und Viskose, also vor allem an v o r h a n d e n e n Bläsehen, vor sich gehen kann. 4

Zusammenfassung

Zur Beurteilung des Enllüftungsgrades von Viskose ist es notwendig, sowohl die in Bläschenform dispergierte als auch die gelöste Luft zu beachten. Es wird vorgeschlagen, die Menge der gelüsten Luft in Viskose als Gleicligewichtsdruck zu bestimmen, wobei als Gleichgewiehlsdruck jener Druck zu versieben ist, mit dem die in der Viskose gelöste Luft bei einer bestimmten Temperatur im Gleichgewicht steht. Die Güte der Entlüftung ist nicht durch die Menge der in der Viskose verbliebenen gelösten Luft charakterisiert, sondern durch deren Gleichgewichtsdruck. Dieser beeinflußt direkt die sogenannte Nachentlüftung, das heißt die Lösung von Restbläschen auf dem Wege der Viskose vom Spinnkessel zur Spinndüse. Zur Bestimmung des Gleichgewichtsdruekes der gelösten Luft in Viskose wurde eine neue Methode ausgearbeitet, die sich durch eine besonders einfache Apparatur auszeichnet und auch die Messung der Temperaturabhängigkeit des Gleichgewichtsdruckes ermöglicht. Die Methode beruht auf einer mikroskopischen Messung der Lösegeschwindigkeit von Stickstoffbläschen. Tabelle

926

1054

7. Vergleich

verschieden

hergestellter

Betriebsviskosen

Viskose

Primärer Luftgehalt

/-•„ bei 22 °C nach der Entlüftung

A B

48 ml/1 4 ml/1

286 Torr 590 Torr

F a s e r f o r s c h u n g u n d T e x t i l t e c h n i k 15 (1964) H e f t 4

165

v. Hornuff und Richter: Studien über die chemische Zusammensetzung der Baumwollfasern verschiedener Anbaugebiete Es wurde bewiesen, daß die bisher verwendeten Methoden zur Bestimmung der dispergierten Luft in Viskose für die Luitbestimmung in Spinnviskose nicht geeignet sind, und daß die bisherigen, häufig in der Literatur vorkommenden Angaben über den zulässigen Luftgehalt in Spinnviskosen von 0,01 ml/1 und mehr auf die Anwendung falscher Bestimmungsmethoden zurückzuführen sind. Es wird vorgeschlagen, zur Bestimmung der Menge von dispergierter Luit in Spinnviskosen Zählmethoden zu verwenden, bei denen einzelne Bläschen erfaßt werden können. Dazu eignen sich konduktometrische oder optische Bläschenzählapparate, mit denen gute Meßergebnisse erzielt werden. Nach den bisherigen Erfahrungen scheint der optische Bläschenzählapparat besser für die Betriebskontrolle geeignet zu sein, da mit diesem auch andere Verunreinigungen der Viskose identifiziert werden können. Literatur [1] Gülze, K., Chemiefasern nach dem Viskoseverfahren, Springer 1951. [2] Peceny, R., Faserforsch, u. Textiltechn. 13 (1962) 8, S. 3 4 4 - 3 4 7 .

[3] Dchen Wej Lu, Dissertation Kochschule für Schwermaschinenbau Magdeburg 1961. [4] A K U — Analytische Methode 1940. [5] Broadway, J. D., Pulp Paper Mag. Can. 57 (1956); Brecht, IV., und Kirchner, U., Papier 15 (1961) 10a, S. 6 2 5 - 6 3 4 , [6J Perepelkin, K. V., Chim. Volokna (Chem. Fasern) 2 (1960) S. 5 3 - 5 6 . [7] Demus, H., Faserforsch, u. Textiltechn. 5 (1954) 4, S. 1 7 3 - 1 7 4 . [8] Ilavsky, M., Chem. Vläkna, Svit V Ü C I I V (1962)4, S . 1 5 8 bis 167. [91 Stahn, R., Papier 15 (1961) 6, S. 229 — 231. [10| Burmann, A K T — 215. 22, 1945. [11] Swimmerton, J.W., Analytic. Chem. V. 34 (1962) 4. [12] Kolon, F., Svensk Papperstidn. (¡4 (1961) 15, S. 533 bis 544. [13] Peceny, » . , Chem. Vläkna, Svit VÜCIIV, (1962) 6, S. 261 268. [14] Schudt, II. P., und Reissmann, ¡1. Chr., Wiss. Z. ] lochsch. Elektrotechnik Ilmenau 8 (1962) 3. [15] Coulter, TV. II., Amer. J . Clinical Path., December 1956. Hingegangen

am 17. Dezember

196-3

Studien über die chemische Zusammensetzung der Baumwollfasern verschiedener Anbaugebiete1' Günther von Hornuff Technische

Universität

In memoriam

Prof.

und Harald

Richter

Dresden,

Institut für

Dr.-Ing.

Textilchemie

habil. Dr. rer. nat. h. c. Walter

(Schluß von Heft 3, S. 1 1 5 - 1 2 6 ) 4.5 Wachs der

Baumwollfaser

Die W a c h s e wirken wegen ihrer B e s t ä n d i g k e i t gegen Zersetzung und ihrer Unlöslichkeit in W a s s e r als S c h u t z m i t t e l für Pflanzenoberflächen. Ihre F u n k t i o n b e s t e h t darin, W a s s e r abzuweisen und dessen E i n oder A u s t r i t t zu verhindern. Neben dieser wichtigen Rolle während des Zellwachstums ist das W a c h s der B a u m w o l l f a s e r außerordentlich wichtig für die m e c h a nische und chemische V e r a r b e i t u n g . Die Anwesenheit von W a c h s ist sehr günstig für Spinn- und W e b p r o zesse; äußerst hinderlich ist es für die chemische Veredlung der B a u m w o l l f a s e r n , wie Färbeprozesse und alle ähnlich g e a r t e t e n Operationen. Auf Grund der hydrophobierenden W i r k u n g des W a c h s e s ist eine B e n e t z u n g und eine gute Saugfähigkeit (wichtig für die D r u c k e r e i ! ) des F a s e r m a t e r i a l s nicht v o r h a n d e n . F r ü h e r glaubte m a n deshalb, um die eben g e n a n n t e n E i g e n s c h a f t e n zu erhalten, sei eine totale E n t f e r n u n g der W a c h s b e s t a n d t e i l e von den F a s e r n unbedingt notwendig. Aber schon 1937 m a c h t e Kollmann in W i e n [55] die B e o b a c h t u n g , daß durchaus n i c h t i m m e r eine weitgehende E n t f e r n u n g des Baumwollwachses eine besonders gute Netzfähigkeit zur Folge h a b e n m u ß . Aus j ü n g s t e r Zeit sind U n t e r s u c h u n g e n b e k a n n t , nach denen es sogar möglich ist, ein außerordentlich gut hydrophiles Material durch eine N a t r i u m c h l o r i t x) Auszug aus der Dissertation von H. Richter, T. U. Dresden, Fakultät für Mathematik und Naturwissenschaften vom 8. 7. 1963.

König

D K 677.21:543.061

bleiche zu erhalten, ohne daß der W a c h s g e h a l t (Äthere x t r a k t ) dabei wesentlich a b n i m m t [56]. E i n e D e u t u n g dieses zweifellos sehr widerspruchsvollen V e r h a l t e n s k a n n aber von keinem der Autoren gegeben werden. Man k a n n also z u s a m m e n f a s s e n : das W a c h s der rohen, u n b e h a n d e l t e n B a u m w o l l f a s e r v e r h i n d e r t ihr B e n e t z e n und Quellen und b e r e i t e t d a m i t der N a ß v e r edlung Schwierigkeiten. E s müssen deshalb entweder Prozesse durchgeführt werden, die das W a c h s weitestgehend v o n der F a s e r ablösen ( B e u c h e , alkalische A b kochung) oder es chemisch so verändern, d a ß seine hydrophobierende W i r k u n g verschwindet (Natriumchloritbleiche). D a die N a t r i u m c h l o r i t b l e i c h e r e l a t i v j u n g e n D a t u m s ist und m a n somit früher auf die W i r k u n g einer alkalischen B e h a n d l u n g zur E n t f e r n u n g des B a u m w o l l wachses angewiesen war, ist sehr viel e x p e r i m e n t e l l e A r b e i t aufgewendet worden, um die einzelnen W a c h s bestandteile zu erkennen und die ablösende W i r k u n g solcher Prozesse zu erklären. So ist h e u t e für a m e r i k a n i s c h e und ägyptische B a u m wolle bis auf einen kleinen Anteil q u a l i t a t i v die Zus a m m e n s e t z u n g des W a c h s e s b e k a n n t . Q u a n t i t a t i v e A n g a b e n über die einzelnen W a c h s b e s t a n d t e i l e sind nur für a m e r i k a n i s c h e B a u m w o l l e n veröffentlicht worden, für ägyptische B a u m w o l l e n fehlen sie. U b e r das W a c h s der sowjetischen B a u m w o l l e n ist in q u a n t i t a t i v e r und q u a l i t a t i v e r Hinsicht nichts b e k a n n t . In T a b e l l e 16 ist eine U b e r s i c h t der heute b e k a n n t e n B a u m w o l l w a c h s b e s t a n d t c i l e gegeben, zusammengestellt

F a s e r f o r s c h u n g u n d T e x t i l t e c h n i k 15 (1964) H e f t 4

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v. Hornuff und Richter: Studien über die chemische Zusammensetzung der Baumwollfasern verschiedener Anbaugebiete Es wurde bewiesen, daß die bisher verwendeten Methoden zur Bestimmung der dispergierten Luft in Viskose für die Luitbestimmung in Spinnviskose nicht geeignet sind, und daß die bisherigen, häufig in der Literatur vorkommenden Angaben über den zulässigen Luftgehalt in Spinnviskosen von 0,01 ml/1 und mehr auf die Anwendung falscher Bestimmungsmethoden zurückzuführen sind. Es wird vorgeschlagen, zur Bestimmung der Menge von dispergierter Luit in Spinnviskosen Zählmethoden zu verwenden, bei denen einzelne Bläschen erfaßt werden können. Dazu eignen sich konduktometrische oder optische Bläschenzählapparate, mit denen gute Meßergebnisse erzielt werden. Nach den bisherigen Erfahrungen scheint der optische Bläschenzählapparat besser für die Betriebskontrolle geeignet zu sein, da mit diesem auch andere Verunreinigungen der Viskose identifiziert werden können. Literatur [1] Gülze, K., Chemiefasern nach dem Viskoseverfahren, Springer 1951. [2] Peceny, R., Faserforsch, u. Textiltechn. 13 (1962) 8, S. 3 4 4 - 3 4 7 .

[3] Dchen Wej Lu, Dissertation Kochschule für Schwermaschinenbau Magdeburg 1961. [4] A K U — Analytische Methode 1940. [5] Broadway, J. D., Pulp Paper Mag. Can. 57 (1956); Brecht, IV., und Kirchner, U., Papier 15 (1961) 10a, S. 6 2 5 - 6 3 4 , [6J Perepelkin, K. V., Chim. Volokna (Chem. Fasern) 2 (1960) S. 5 3 - 5 6 . [7] Demus, H., Faserforsch, u. Textiltechn. 5 (1954) 4, S. 1 7 3 - 1 7 4 . [8] Ilavsky, M., Chem. Vläkna, Svit V Ü C I I V (1962)4, S . 1 5 8 bis 167. [91 Stahn, R., Papier 15 (1961) 6, S. 229 — 231. [10| Burmann, A K T — 215. 22, 1945. [11] Swimmerton, J.W., Analytic. Chem. V. 34 (1962) 4. [12] Kolon, F., Svensk Papperstidn. (¡4 (1961) 15, S. 533 bis 544. [13] Peceny, » . , Chem. Vläkna, Svit VÜCIIV, (1962) 6, S. 261 268. [14] Schudt, II. P., und Reissmann, ¡1. Chr., Wiss. Z. ] lochsch. Elektrotechnik Ilmenau 8 (1962) 3. [15] Coulter, TV. II., Amer. J . Clinical Path., December 1956. Hingegangen

am 17. Dezember

196-3

Studien über die chemische Zusammensetzung der Baumwollfasern verschiedener Anbaugebiete1' Günther von Hornuff Technische

Universität

In memoriam

Prof.

und Harald

Richter

Dresden,

Institut für

Dr.-Ing.

Textilchemie

habil. Dr. rer. nat. h. c. Walter

(Schluß von Heft 3, S. 1 1 5 - 1 2 6 ) 4.5 Wachs der

Baumwollfaser

Die W a c h s e wirken wegen ihrer B e s t ä n d i g k e i t gegen Zersetzung und ihrer Unlöslichkeit in W a s s e r als S c h u t z m i t t e l für Pflanzenoberflächen. Ihre F u n k t i o n b e s t e h t darin, W a s s e r abzuweisen und dessen E i n oder A u s t r i t t zu verhindern. Neben dieser wichtigen Rolle während des Zellwachstums ist das W a c h s der B a u m w o l l f a s e r außerordentlich wichtig für die m e c h a nische und chemische V e r a r b e i t u n g . Die Anwesenheit von W a c h s ist sehr günstig für Spinn- und W e b p r o zesse; äußerst hinderlich ist es für die chemische Veredlung der B a u m w o l l f a s e r n , wie Färbeprozesse und alle ähnlich g e a r t e t e n Operationen. Auf Grund der hydrophobierenden W i r k u n g des W a c h s e s ist eine B e n e t z u n g und eine gute Saugfähigkeit (wichtig für die D r u c k e r e i ! ) des F a s e r m a t e r i a l s nicht v o r h a n d e n . F r ü h e r glaubte m a n deshalb, um die eben g e n a n n t e n E i g e n s c h a f t e n zu erhalten, sei eine totale E n t f e r n u n g der W a c h s b e s t a n d t e i l e von den F a s e r n unbedingt notwendig. Aber schon 1937 m a c h t e Kollmann in W i e n [55] die B e o b a c h t u n g , daß durchaus n i c h t i m m e r eine weitgehende E n t f e r n u n g des Baumwollwachses eine besonders gute Netzfähigkeit zur Folge h a b e n m u ß . Aus j ü n g s t e r Zeit sind U n t e r s u c h u n g e n b e k a n n t , nach denen es sogar möglich ist, ein außerordentlich gut hydrophiles Material durch eine N a t r i u m c h l o r i t x) Auszug aus der Dissertation von H. Richter, T. U. Dresden, Fakultät für Mathematik und Naturwissenschaften vom 8. 7. 1963.

König

D K 677.21:543.061

bleiche zu erhalten, ohne daß der W a c h s g e h a l t (Äthere x t r a k t ) dabei wesentlich a b n i m m t [56]. E i n e D e u t u n g dieses zweifellos sehr widerspruchsvollen V e r h a l t e n s k a n n aber von keinem der Autoren gegeben werden. Man k a n n also z u s a m m e n f a s s e n : das W a c h s der rohen, u n b e h a n d e l t e n B a u m w o l l f a s e r v e r h i n d e r t ihr B e n e t z e n und Quellen und b e r e i t e t d a m i t der N a ß v e r edlung Schwierigkeiten. E s müssen deshalb entweder Prozesse durchgeführt werden, die das W a c h s weitestgehend v o n der F a s e r ablösen ( B e u c h e , alkalische A b kochung) oder es chemisch so verändern, d a ß seine hydrophobierende W i r k u n g verschwindet (Natriumchloritbleiche). D a die N a t r i u m c h l o r i t b l e i c h e r e l a t i v j u n g e n D a t u m s ist und m a n somit früher auf die W i r k u n g einer alkalischen B e h a n d l u n g zur E n t f e r n u n g des B a u m w o l l wachses angewiesen war, ist sehr viel e x p e r i m e n t e l l e A r b e i t aufgewendet worden, um die einzelnen W a c h s bestandteile zu erkennen und die ablösende W i r k u n g solcher Prozesse zu erklären. So ist h e u t e für a m e r i k a n i s c h e und ägyptische B a u m wolle bis auf einen kleinen Anteil q u a l i t a t i v die Zus a m m e n s e t z u n g des W a c h s e s b e k a n n t . Q u a n t i t a t i v e A n g a b e n über die einzelnen W a c h s b e s t a n d t e i l e sind nur für a m e r i k a n i s c h e B a u m w o l l e n veröffentlicht worden, für ägyptische B a u m w o l l e n fehlen sie. U b e r das W a c h s der sowjetischen B a u m w o l l e n ist in q u a n t i t a t i v e r und q u a l i t a t i v e r Hinsicht nichts b e k a n n t . In T a b e l l e 16 ist eine U b e r s i c h t der heute b e k a n n t e n B a u m w o l l w a c h s b e s t a n d t c i l e gegeben, zusammengestellt

F a s e r f o r s c h u n g u n d T e x t i l t e c h n i k 15 (1964) H e f t 4

166

v. Hornuff Tabelle

IG. Die chemische

Zusammensetzung

der Wachse

und Richter:

Studien über die chemische Zusammensetzung der Baumwollfasern verschiedener Anbaugebiete

von amerikanischen

Amerikanische Baumwolle

und ägyptischen

Baumwollen

Ägyptische Baumwolle

Mississippi-Delta [57]

Upland [58]

Sakellaridis [59]

J a h r der Veröffentlichung

1924

1923

1924

Wachsgehalt (bezogen auf wasserfreie Baumwolle)

0,49%

0,35%

Extraktionsmittel

Chloroform

Benzol

Lignocerylalkohol (Tetrakosanol)

-

frei und verestert

-

Chloroform -

C24H49OH

frei und verestert

Cerylalkohol (Hexakosanol) C2SH 53 OH

Montanylalkohol (Oktakosanol) C28H57OH Gossypylalkohol (Triakontanol)

frei und verestert

frei und verestert

frei und verestert

frei und verestert

frei und verestert, hauptsächlich: Montansäuremontanylester, Lignocerinsäuregossypylester, Melissinsäuregossypvlester

C30H61OH

Anmerkung: Hauptbeslandteil in Baumwollwachsen Laccerol (Dotriokontanol) C 3 sH 6 50H (Tetratriakontanol) C34H69OH C!!H5t(OH)! ? Coccerylalkohol C 3 „H 60 (OH) 2 /?-Sitosterin C29H50O

frei und verestert

frei und verestert

frei und verestert frei und verestert frei und verestert

CHs CHi CH-CHi -CHi-CH-CH ClHs CHi

frei und verestert als Wachsbestandteil angegeben

als Wachsbestandteil angegeben

als Wachsbestandteil angegeben

als Wachsbestandleil angegeben

in freier Form oder in Kombination mit Lignocerinsäure, möglicherweise auch mit Palmitinsäure, Stearinsäure und Ölsäure

CHi CHi a-Amyrin [60] ^30^500

cm CHÍ

in freier Form oder in Kombination mit Lignocerinsäure, möglicherweise auch mit Palmitinsäure, Stearinsäure und Ölsäure

Faserforschung und T e x t i l t e c h n i k 15 (1964) H e f t 4

167

v. llornuff und Richter: Studienüber die chemische Zusammensetzung der Baumwollfasern verschiedener Anbaugebiete Tabelle

16 (Fortsetzung)

Amerikanische Baumwolle

•Amyrin [GO]

Ägyptische Baumwolle

Mississippi-Delta [57]

Upland [58]

Sakellaridis [59]

in freier Form oder in Kombination mit Lignocerinsäure, möglicherweise auch mit Palmitinsäure, Stearinsäure und Ölsäure

als Wachsbestandteil

als Wachsbestandteil angegeben

cm ¿HS Unbekanntes Sterin C

34

H

58°

als Wachsbestandteil angegeben als Wachsbestandteil angegeben

Ester von Harzsäuren mit Harzalkoholen

als Wachsbestandteil angegeben

Palmitinsäure (Hexadecansäure)

frei und als Ester (möglich auch in Kombination mit Sterinen)

frei und als Ester

frei und als Ester

Ölsäure (Octadecen-9-säure-l )

frei und als Ester (möglich auch in Kombination mit Sterinen)

frei und als Ester

frei und als Ester

Stearinsäure (Octadecansäure)

frei und als Ester (möglich auch in Kombination mit Sterinen)

frei lind als Ester

frei und als Ester

Gadoleinsäure (9-Eikosansäure) C 19 H 37 COOH

frei und als Ester

Behensäure (Dokosansäure) C 21 H 43 COOH

frei und als Ester

als Ester

frei und als Ester

Lignocerinsäure (Tetrakosansäure) C a3 H 47 COOH

frei und in Kombination mit Sterinen

Montansäure (Oktakosansäure) C 2 7 H 5 5 COOII

frei und als Ester mit Wachsalkoholen

frei und als Ester (vorwiegend Montansäuremontanylester)

Melissinsäure (Triakontansäure) C 29 H 59 COOH

frei und als Ester mit Wachsalkoholen

frei und als Ester

Laccersäure (Dotriakontansäure) C 3 1 H 6 ,COOH

frei und als Ester mit Wachsalkoholen

Gheddassäure (Telra triakontansäure) C 33 H 67 COOH

frei und als Ester mit Wachsalkoholen

als Ester

als Wachsbestandteil angegeben

als Wachsbestandteil angegeben

Triakontan

als Wachsbestandteil angegeben

als Wachsbestandteil angegeben

Hentriakontan

als Wachsbestandteil angegeben

Ungesättigte flüssige Kohlenwasserstoffe Feste Kohlenwasserstoffe Heptakosan

als Wachsbestandteil angegeben

F a s e r f o r s c h u n g u n d T e x t i l t e c h n i k 15 (1964) H e f t 4

168

v. llornuff

unter B e r ü c k s i c h t i g u n g einer modernen einheitlichen B e z e i c h n u n g und von K o r r e k t u r e n über S t r u k t u r und Chemie der verschiedenen Naturstoffe nach neuesten Forschungsergebnissen. F ü r die in T a b e l l e 16 zitierten Arbeiten standen den einzelnen F o r s c h e r n zur Gewinnung des W a c h s e s halbtechnische E x t r a k t i o n s a p p a r a t e oder sog. , , p i l o t - p l a n t s " zur Verfügung, in denen bis zu 2 t Hollbaumwolle m i t L ö s u n g s m i t t e l b e h a n d e l t werden k o n n t e n . F ü r die eigenen U n t e r s u c h u n g e n standen nur von j e d e r B a u m wollsorte 5 kg zur Verfügung, von denen m i t 5 0 0 mlS o x h l e t - A p p a r a t e n bei einer Füllmenge von 30 bis 4 0 g F a s e r n das W a c h s isoliert und alle anderen U n t e r suchungen v o r g e n o m m e n werden m u ß t e n . S c h o n diese T a t s a c h e allein erforderte, daß völlig andere W e g e zur W a c h s a n a l y s e sowjetischer B a u m w o l l e n gegangen werden m u ß t e n , als sie die oben erwähnten Autoren vorgezeichnet h a b e n . Die B e s t i m m u n g des F e t t - oder W a c h s g e h a l t e s einer F a s e r erfolgt durch e x t r a k t i v e B e h a n d l u n g m i t t e l s geeigneter L ö s u n g s m i t t e l . B e i m B a u m w o l l w a c h s ist der b e s t i m m b a r e Gehalt nicht u n a b h ä n g i g vom Lösungsmittel. Aus diesem Grund sind oftmals auch die W e r t e in der L i t e r a t u r nicht miteinander vergleichbar. So h a b e n z. B . E. R. McCall und J. F. Jürgens (Tabelle 2) die Conradsche Methode [13] m i t Ä t h a n o l angewendet, andere Autoren [58, 61] b e n u t z t e n Benzol und 1". G. Saposnikof und 1". M. Tisvinskij [11] n a h m e n Aceton. Auf die W i r k s a m k e i t und B e d e u t u n g der verschiedenen L ö s u n g s m i t t e l k a n n n i c h t n ä h e r eingegangen werden, verwiesen sei auf die sehr umfangreichen Arbeiten von E. Frieser, W i e n [19, 62]. Veröffentlichungen jüngeren D a t u m s aber beziehen sieh fast ausnahmslos auf die Gonradsehe Methode [13] mit Ä t h a n o l als Lösungsmittel. In der vorliegenden A r b e i t wurde folgender W e g bes c h r i t t e n : die R o h f a s e r n werden erschöpfend m i t einem Methylenchlorid/Äther-Gemisch ( 1 : 1 ) behandelt, get r o c k n e t und anschließend m i t Ä t h a n o l n a c h Conrad [13] e x t r a h i e r t . A u f diese A r t und W e i s e sollen neben der vergleichenden B e t r a c h t u n g der chemischen Zus a m m e n s e t z u n g der Baumwollen aus Nordamerika, Ä g y p t e n und der S o w j e t u n i o n weitere F r a g e n geklärt werden. Lassen sich m i t Ä t h a n o l t a t s ä c h l i c h unter Anwendung der Conradschen Methode weitere W a c h s b e s t a n d t c i l e isolieren, so ist zu untersuchen, ob diese die gleiche oder ähnliche chemische Z u s a m m e n s e t z u n g aufweisen wie die, die man m i t dem Gemisch Methylenchlorid/Äther isolieren k a n n . Diese F r a g e ist von großer B e d e u t u n g , weil m a n feststellte, daß der Ä t h e r eine außerordentlich gut lösende W i r k u n g auf das B a u m w o l l w a c h s h a t , die Anwendung bei R o u t i n e u n t e r s u c h u n g e n aber nur seine Gefährlichkeit ( B r e n n b a r k e i t und weite E x p l o sionsgrenzen neben der Bildung der gefürchteten P e r oxide) v e r b i e t e t [63] und im N o r m e n e n t w u r f der „ B r i tish S t a n d a r d I n s t i t u t i o n " als E x t r a k t i o n s m i t t e l [64] Methylenchlorid für B a u m w o l l w a c h s e angegeben wird. Methylenchlorid v e r h ä l t sich „ ä t h e r ä h n l i c h " , besitzt außerdem den großen Vorteil völliger U n b r e n n b a r k e i t und keinerlei Explosionsneigungen. Das Gemisch aus gleichen Volumenteilen Ä t h e r und Methylenchlorid wird allgemein empfohlen, weil es die gut lösende Wirkung des Äthers besitzt und durch das Methylenchlorid

und Richter: Studien über die chemische Zusammensetzung der Baumwolli'asern verschiedener Anbaugebiete wesentlich feuerungefährlicher wird [65]. F e r n e r h a t es gegenüber Ä t h a n o l einen wesentlich niedrigeren Siedep u n k t ( 4 0 ° C ! ) , die E x t r a k t i o n k a n n daher rascher vor allem bei Verwendung großer S o x h l e t a p p a r a t e durchgeführt werden. Diese stufenweise B e h a n d l u n g ist außerdem noch durchgeführt worden, weil die äthanollöslichen freien Zucker, Aminosäuren und v e r w a n d t e n Verbindungen erst einmal q u a l i t a t i v b e s t i m m t werden sollen. Die Isolierung derartiger B e s t a n d t e i l e erfolgt bei der Conradschen Methode [13] nebenbei, ist aber der Grund der wesentlich zeitraubenderen W a c h s b e s t i m m u n g (s. 4.2 Stickstoffhaltige Begleitstoffe der Baumwollfaser und 4.3 B e g l e i t k o h l e n h y d r a t e der B a u m wollfaser). 4.5.1 Der in MethylenchloridIÄther (1:1) Bauinwullfaserbegleitstoffe-Erstexlraktioii

losliche Anteil

der

Um die I d e n t i t ä t oder einen chemisch ähnlichen Aufb a u einer S u b s t a n z nachzuweisen, wird heute m i t groß e m Erfolg die I B - S p e k t r o s k o p i e angewendet. Bisher sind nur wenige I R - s p e k t r o s k o p i s c h e Arbeiten für W a c h s e allgemein und keine speziell für B a u m w o l l wachse veröffentlicht worden. Auf Grund I R - s p e k t r o skopischer Untersuchungen ist es aber möglich zu entscheiden, ob das W a c h s der sowjetischen Baumwollen prinzipiell eine andere Zusammensetzung h a t als das W a c h s von amerikanischen oder ä g y p t i s c h e n B a u m wollen. In diesem F a l l m ü ß t e die Gestalt des I R - S p e k trums eines W a c h s e s von sowjetischer B a u m w o l l e wesentlich anders aussehen. T r e t e n dagegen n u r kleinere Änderungen auf, so müssen sich diese m i t den üblichen physikalischen und chemischen K e n n z a h l e n teilweise erklären lassen. Die M e t h y l e n c h l o r i d / Ä t h e r - E x t r a k t e der vier zur Verfügung stehenden Baumwollsorten (s. T a b e l l e 1) werden in T e t r a c h l o r k o h l e n s t o f f „zur A n a l y s e " zu einer 5 % - i g e n Lösung (Gewichtsprozent) gelöst und sind fertig zu I R - s p e k t r o s k o p i s c h e n A u f n a h m e n . Die Aufn a h m e n selbst wurden m i t dem I R - S p e k t r o g r a p l i U R 10 v o m V F B Carl Zeiss J e n a durchgeführt. Als K ü v e t teu wurden für die Ü b e r s i c h t s s p e k t r e n solche aus K B r 0 , l m m und für die S p e k t r e n a u s s c h n i t t e solche aus NaCl 0 , 2 5 mm verwendet. Da sich die I B - S p e k t r o g r a m m e der W a c h s e (Methyl e n c h l o r i d / Ä t h e r - E x t r a k t ) der oben beschriebenen vier B a u m w o l l s o r t e n im B a n d e n a u f b a u n i c h t wesentlich unterscheiden, sei v e r t r e t e n d für alle nur das S p e k t r u m des W a c h s e s ( M e t h y l e n e h l o r i d / Ä t h e r - E x t r a k t ) einer sowjetischen B a u m w o l l e 1. S o r t e aufgeführt (Bild 7). Mit Aus n ä h m e des Bereichs zwischen 9 0 0 c m - 1 — 1 4 0 0 c u r 1 , in dem kleine aber leider u n c h a r a k t e r i s t i s c h e U n t e r schiede a u f t r e t e n (S. Bild 8), sind nur U n t e r s c h i e d e in der B a n d e n h ö h e feststellbar. Das b e d e u t e t , daß die qualitative Zusammensetzung der W a c h s e (Methylenc h l o r i d / Ä t h e r - E x t r a k t ) im großen gesehen gleich ist, in q u a n t i t a t i v e r Hinsicht aber Unterschiede vorhanden sind. Die weitaus s t ä r k s t e n B a n d e n sind die bei 2 8 6 0 e i n - 1 und 2 9 3 0 c m " 1 für die CII 2 -Valenzschwingung. D a ß diese B a n d e n am intensivsten sind ist verständlieh, da j a bei allen W a c h s b a u s t e i n e n die C l l 2 - G r u p p e die a m meisten vorhandene Atomgruppierung ist. Die bei 2 8 7 0 c m - 1 und 2 9 6 0 c u r 1 angedeuteten Schultern an den beiden C I I 2 - V a l e n z s c h w i n g u n g s b a n d e n gehören

Faserforschung und T e x t i l t e c h n i k 15 (1964) H e f t k

169

v. llornuff und Richter: Studien über die ehemische Zusammensetzung der Baumwollfasern verschiedener Anbaugebiete

3600

3400

3200

3000

2600

2600

2400

2200

W00 1600

2000

1400

1200

1000

600 700

600

500cm"' 400

Wellemahl

Bild 7. I R - S p e k t r u m des Wachses (Methylenchlorid/Äther-Extrakt) einer sowjetischen Baumwolle 1. Sorte

o o

Absorption in diesem Gebiet. Entsprechend ihrer Lage gehört die intensive Bande bei 1720 cm - 1 eindeutig zur C. = 0-Schwingung der gesättigten aliphatischen Säuren (freie Säuren). Weit weniger eindeutig ist die Bande bei 1390 cm - 1 , sie könnte vielleicht von der C — 0-Valenzoder OH-Deformationsschwingung bei freien Fettsäuren herrühren.

fl w) 5U oNT KD

o

o «N 1800

1600

1400

Wellenzahl

1200

¡cm' 1

1000

Bild 8. I R - S p e k t r u m des Wachses (Methylenchlorid/ÄtherE x t r a k t ) einer sowjetischen Baumwolle 1. Sorte (Ausschnitt)

zu den CH 3 -Valenzschwingungsbanden, die durch erstere fast völlig maskiert werden. Die bei 1470 cm - 1 auftretende Bande kann der CH 2 -Deformationsschwingung zugeordnet werden, die an ihr bei 1450 cm - 1 auftretende Schulter gehört zur Absorptionsbande der C — CH3asymmetrischen Deformationsschwingung. Die Bande für die symmetrische C—CH 3 -Deformationsschwingung liegt bei 1370 cm - 1 (beim Wachs der amerikanischen Baumwolle (Methylenchlorid/Äther-Extrakt) wieder nur als Schulter angedeutet). Für höhere Fettsäuren (und deren Ester) wurde im Bereich zwischen 1150 cm - 1 und 1300 cm - 1 eine Anzahl von Absorptionsbanden gefunden, die konstante Frequenzabstände aufweisen, sich aber mit wachsender Kettenlänge verkleinern. Nach H. Primas und H. Günthard, [66] handelt es sich um Kippschwingungen (wagging modes) der CH 2 -Gruppe, bei denen die H^ ^H-Gruppierung in eine zur Ebene des Kohlenstoffskeletts senkrechte Achse ausschwingt. Bei der Vielzahl der im Baumwollwachs vorhandenen höheren Fettsäuren (s. Tabelle 16) und deren Estern tritt unweigerlich eine Uberlagerung der entsprechenden Frequenzen auf, so daß auch für Absorptionsbanden in diesem Bereich keine näheren Aussagen gemacht werden können. Die breite, bei ungefähr 3400 cm - 1 auftretende Absorption ist der OH-Valenzschwingung zuzuordnen. Die Absorptionsbande bei 1060 ein - 1 ist für primäre Alkohole charakteristisch. Ob es sich allerdings um eine OH-Deformationsschwingung oder eine C—OValenzschwingung handelt, ist bis heute noch nicht geklärt. Ebenso liegt für Sterine, die im Baumwollwachs mit einem gewissen Anteil vorhanden sind, die

Die an der C = 0 - B a n d e liegende Schulter bei 1740 cm - 1 kann die C = 0-Schwingung für gesättigte Ester sein, ebenso ist mit großer Wahrscheinlichkeit die 1180 cm - 1 Bande der C — O-Valenzschwingung (für höhere Ester) zuzuordnen. Ohne die kleineren Unterschiede im Bandenaufbau der Wachsspektren (Methylenchlorid/Äther-Extrakt) der untersuchten Baumwollsorten erklären zu können, sind Aussagen in quantitativer Hinsicht durchaus möglich. Ein Vergleich der Intensitäten der 1720 cm - 1 Bande für die C = O-Valenzschwingung mit der 1470 cm - 1 Bande für die CH 2 -Deformationsschwingung läßt ohne weiteres erkennen, daß die Zahl der Carboxylgruppen im Verhältnis zur Zahl der CH 2 -Gruppen beim Wachs (Methylenchlorid/Äther-Extrakt) der sowjetischen Baumwolle 1. Sorte am niedrigsten ist und beim Wachs (Methylenchlorid/Äther-Extrakt) der amerikanischen Baumwolle Upland am höchsten. Ein gleiches Ergebnis ist den in Tabelle 17 aufgeführten VerseifungszahTabelle 17. Kennzahlen der Wachse Evlrald) verschiedener kommerzieller

(Methylenchlorid/AtherRohbaumwollen

Sowjet. Sowjet. Ägypl. Amerik. Baumw. Baumw. Bauinw. Baumw. 1. Sorte 6. Sorte Karnak Upland Schmelzpunkt [°C]

70 ••• 75 6 3 - - . 67 74 . - . 7 8 70 ••• 75

Säurezahl, mg K O I I pro Gramm W a c h s

32

38

35

36

Verseifungszahl, mg K O H pro Gramm Wachs

82

02

86

98

Esterzahl, mg K O H pro Gramm W a c h s

50

5i

51

62

Unverseifbares [%]

62

56

58

52

Verseifbares (Gesamtwachssäuren) [%]

37

43

40

47

F a s e r f o r s c h u n g u n d T e x t i l t e c h n i k 15 ( 1 9 i 4 ) H e f t 4

170

v. Hornufr

und

Richter: Studien über die chemische Zusammensetzung der Baumwollfasern verschiedener Anbaugebiete

\ 1.3

\\

1.2

J,c-o,st. J.CH.b

J,c = o,st t.t J.CH.b

\

\\

1.0

0,9

SO

34

66 92 96 Verseifungszahl

Oß

too

56 56 Unverseil bares

52

60

\\ % 62

Bild 9. Zusammenhang zwischen Verseifungszahl (VZ) und dem Quotienten aus den Intensitäten für die C = (.) Valenz(1720 c n r 1 ) und für die C — H Deformationsschwingung (1470 cm^1)

Bild 10. Zusammenhang zwischen % Unverseifbares und dem Quotienten aus den Intensitäten für die C = () Valenz(1720 cm- 1 ) und für die C —11 Deformationssehwingung (1470 c u r 1 )

len, die ein M a ß für die vorhandenen Säuregruppen sind, zu e n t n e h m e n . E n t s p r e c h e n d der niedrigen Verseifungszahl beim W a c h s (.Ylethylenchlorid/Äther-Ext r a k t ) der sowjetischen B a u m w o l l e 1. S o r t e findet m a n einen hohen Gehalt an U n v c r s e i f b a r e m . E i n umgekehrtes Verhältnis ergibt sich beim W a c h s (Methylenc h l o r i d / Ä t h e r - E x t r a k t ) der amerikanischen B a u m w o l l e Upland. W e n n m a n b e d e n k t , daß m i t steigendem Geh a l t an U n v c r s e i f b a r e m das Verhältnis v o n C I i 2 - G r u p pen zu Carboxylgruppen zugunsten der C I l 2 - G r u p p e n verschoben wird, so sind auch die G e h a l t e an Unverseifbarem in Z u s a m m e n h a n g m i t den oben diskutierten Verseifungszahlen in den I R - S p e k t r e n widergespiegelt.

Tubelle IS. Verseifungszahlen,

W e r t e t m a n die S p e k t r e n speziell für die 1 7 2 0 c u r 1 B a n d e der C = 0 Valenzschwingung und für die CII2-Deformationsschwingung bei 1 4 7 0 c m - 1 in Anlehnung an das Grundlinienverfahren aus, bildet den Quotienten

I , C = 0, st.

und

Tabelle

der

10. Quantitative

Wachse

—"

^CH.t).

(Methylencldorid/Äther-Extrakt) kommerzieller Rohbaumwollen

verschiedener

Verseifungszahl

82

92

86

98

% Unverseifbares

62

56

58

52

'c =

o,st.

0,866

I CH,b.

Zusammensetzung unterschiedlicher

Benzolextr.

1,152

1,007

verschiedener 1 Vachse von Anbaugebiete

Angaben aus der Lit. [61] Sowjet. Amerikan. Baumw. Baumw. 1. Sorte Texas

CH, b.

Die bisherigen Untersuchungen ( B e s t i m m u n g der W a c h s k e n n z a h l e n , IR-Spektren) können aber keine A u s k u n f t darüber geben, ob der höhere Gehalt an Unverseifbarem im Wachs (Methylenchlorid/Ather-Ext r a k t ) der vorliegenden sowjetischen B a u m w o l l e 1. S o r t e gegenüber der amerikanischen Baumwolle Upland

und—

Sowjet. Sowjet. Ägypl. Amerik. Baumw. Baumw. Baumw. Baumw. 1. Sorte 6. Sorte Karnak Upland

t r ä g t in

A b h ä n g i g k e i t davon die Verseifungszahl (VZ) oder die % Unverseifbares auf, dann erhält m a n in beiden F ä l l e n in guter Näherung eine Gerade (siehe Bild 9 und 10), bei denen die S t r e u u n g der E i n z e l m e ß p u n k t e in keinem F a l l die Genauigkeit der B e s t i m m u n g s m e t h o d e n für die Verseifungszahl bzw. % Unverseifbares überschreitet.

% Utwerseifbares

Sowjet. Baumw. 6. Sorte

Agvpt. Baumw. Karnak

1,370

Baumwollen

Amerik. Baumw. Upland

Methylenchlorid/Äther-Extrakt Zahlenangaben in Prozent

Gesamtwachssäuren bestehend aus: 1. Gesättigte W S . 2. Ungesättigte W S .

25

37

43

40

24 1

—

—

—

_

—

—

—

—

Unverseifbarer Stoff bestehend aus: 1. Alkoholen 2. Sterinen 3. Kohlenwasserstoffen 3.1 Paraffine 3.2 Olefinen

69

62

56

58

52

52 10 7

47 1,7 13,2 4,4 8,8

42 2,7 11,1 2,5 8,6

45 1,7 10,4 3,4 7,0

40 1,6 10,8 4,0 6,8

Inerter Stoll' (?)

— —

6

-

-

-

47

-

F a s e r f o r s c h u n g u n d T e x t i l t e c h n i k 15 (1964) H e f t 4

171

v. Iloniuff und Richter: Studien über die chemische Zusammensetzung der Baumwollfasern verschiedener Anbaugebiete auf größere Anteile W a c h s a l k o h o l e , Sterine oder K o h l e n wasserstoffe zurückzuführen ist. E i n e K l ä r u n g bringt erst eine speziell für die einzelnen W a c h s b e s t a n d t e i l e durchgeführte q u a n t i t a t i v e Analyse. Die Ergebnisse sind in T a b e l l e 19 zusammengestellt, in der a u c h die einzigen, bisher b e k a n n t e n W e r t e eines W a c h s e s von T e x a s - B a u m w o l l e [Ol] m i t aufgeführt werden. Die Diskussion der Tabelle 19 und die weiteren speziellen U n t e r s u c h u n g e n werden nachfolgend u n t e r t e i l t nach den einzelnen B e s t a n d t e i l g r u p p e n beschrieben. 4.5.1.1

Die Kohlenwasserstoffe (1:1) löslichen Anteils

des in MelhylenchloridjÄther der Bauimvollfaserbegleitstoffe

Die einzigen, genau b e k a n n t e n B e s t a n d t e i l e v o m Kohlenwasserstofftyp im W a c h s der B a u m w o l l e sind H e p t a k o s a n C 2 7 H 5 6 , T r i a k o n t a n C 3 0 I I 6 2 und H e n t r i a k o n t a n C 3 1 H 6 4 . Die meisten U n t e r s u c h u n g e n unterscheiden nur die beiden G r u p p e n : gesättigte Kohlenwasserstoffe (Paraffine), zu denen die eben g e n a n n t e n drei Verbindungen gehören, und die ungesättigten Kohlenwasserstoffe (Olefine). In der vorliegenden Arbeit k o n n t e gleichfalls nur eine T r e n n u n g in beide große Gruppen durchgeführt werden. Allerdings gelang es auf Grund modernster Verfahren [07], eine gute q u a n t i t a t i v e B e s t i m m u n g von Paraffinen und Olefinen zu erreichen. Vergleicht m a n die eigenen Prozentzahlen an Gesamtkohlenwasserstoffcn in B a u m w o l l w a c h s e n (Tabelle 19) m i t der einzigen, bisher veröffentlichten Angabe v o n Tonn und Schock [61] aus dem J a h r e 1940, so stellt m a n fest, daß die Ergebnisse der vorliegenden A r b e i t wesentlich höher liegen. Diese E r s c h e i n u n g s t i m m t völlig m i t den von Spengler und Häuf [67] 1957 g e m a c h t e n E r f a h r u n g e n überein, wonach alle bisherigen Methoden zur B e s t i m m u n g von Kohlenwasserstoffen zu zu niedrigen R e s u l t a t e n geführt h a b e n . Das b e m e r k e n s w e r t e s t e E r g e b n i s dieser U n t e r s u c h u n gen ist aber, daß der Kohlenwasserstoffgehalt des W a c h ses ( M e t h y l e n c h l o r i d / Ä t h e r - E x t r a k t ) der sowjetischen B a u m w o l l e 1. Sorte gegenüber dem Kohlenwasserstoffgehalt der W a c h s e der gut vergleichbaren ä g y p t i s c h e n und a m e r i k a n i s c h e n S o r t e n (siehe Z u s a m m e n h a n g über Reifegrad und W a c h s g e h a l t ! ) b e t r ä c h t l i c h höher liegt! D a m i t geht im vorliegenden F a l l ein Teil des höheren Gehaltes an U n v e r s e i f b a r e m des W a c h s e s (Methylenc h l o r i d / Ä t h e r - E x t r a k t ) der sowjetischen Baumwolle 1. Sorte zu L a s t e n dieser Stoffgruppe! 4.5.1.2

Die Sterine des in Melhylenchloridj Äther (1:1) löslichen Anteils der Baumwollfaserbegleitstoffe

Die S t e r i n e werden q u a n t i t a t i v auf gravim e t r i s c h e m W e g durch F ä l l u n g m i t Digitonin b e s t i m m t [A. Windaus, 1908). E i n e getrennte B e s t i m m u n g v o n freien und veresterten Sterinen ist auf Grund der E i g e n s c h a f t des Digitonins, nur m i t freien Sterinen einen Niederschlag zu geben, sehr leicht und gut möglich. Die auf diese Voraussetzung durchgeführten B e s t i m m u n g e n zeigen a b e r bei den B a u m w o l l wachsen (Methylenchlorid/Ather-Extrakt) nach erster B e t r a c h t u n g völlig anormale W e r t e (Tabelle 20). E s k a n n auf Grund vieler Versuche kein methodisch bedingter F e h l e r sein,

Tabelle 20. Gehalt an Sterinen der Wachse Äther-Extrakt) mehrerer kommerzieller

(Melhylenchloridj Jiohbaumtvollen

Sowjet. Sowjet. Ägypt. Amerik. Bauniw. Baumw. Baumw. Baumw. 1. Sorte 0. Sorte Karnak Upland (jesamlslerine (l'i-ci und vereslerl) [%]

1,7

2,7

1,7

1,6

.MiL Digilonin fällbare Verbindungen im unbehandelten Wachs (.Uethylenchlorid/ Älher-Extrakt) [%]

3,4

2,7

2,4

2,3

daß die Gesamtsteriiie bis zur H ä l f t e weniger gefunden werden als die m i t Digitonin fällbaren Verbindungen im u n b e h a n d e l t e n W a c h s (Metliylenchlorid/Äther-Ext r a k t ) . Deshalb wird auch der Begriff „freie S t e r i n e " vermieden. E s müssen also Verbindungen im B a u m w o l l w a c h s ( M e t h y l e n c h l o r i d / Ä t h e r - E x t r a k t ) v o r h a n d e n sein, die zwar m i t Digitonin fällbar, aber keine S t e r i n e sind. Die m i t Digitonin fällbaren Stoffe im u n b e h a n d e l t e n B a u m w o l l w a c h s (.Methylenchlorid/Äther-Extrakt), oder zumindest ein Teil davon, müssen verseifbar sein, also C a r b o x y l g r u p p e n e n t h a l t e n , und werden bei der Gesamtsterinbestimmung nicht mehr mit erfaßt. Die R i c h t i g k e i t dieser Vorstellung beweisen die 1RS p e k t r e n , von denen zwei als Beispiele in B i l d 11 und 12 zu sehen sind. I m S p e k t r u m der Digitonide aus dem u n b e h a n d e l t e n W a c h s t r e t e n deutlich zwei C = 0 - V a lenzbanden bei 1 6 9 0 c m - 1 und 1 7 4 0 c m - 1 , auf, die im S p e k t r u m der G c s a m t d i g i t o n i d e aus dem LJnverseifbaren f e h l e n ! B e i den c a r b o x y l g r u p p e n t r a g e n d e n , m i t Digitonin fällbaren V e r b i n d u n g e n k a n n es sich n a c h L. Fieser und M. Fieser [60] u m t e t r a c y c l i s c h e Garbonsäuren handeln, die n a c h ihren A n g a b e n schon in vielen anderen Pflanzen und Pilzen und a u c h reichlich im W o l l f e t t der S c h a f e gefunden worden sind. Diese t e t r a c y c l i s c h e n Carbonsäuren sind keine S t e r i n e . Auf Grund dieser E r g e b n i s s e lassen sich also die „ e c h t e n freien S t e r i n e " im B a u m w o l l w a c h s ( M e t h y l e n c h l o r i d / Ä t h e r - E x t r a k t ) n i c h t ohne weiteres b e s t i m m e n . Auch sind die P r o z e n t z a h l e n für die m i t D i g i t o n i n fäll-

w

\ ,

V

,g> o 5

xJ

Myristinsäure Palmitinsäure Stearinsäure Arachinsäure Start

1

2

5

3

4

5

Bild 13. Papierchromatogramme der Wachssäuren von verschiedenen kommerizellen Baumwollen 1 Wachssäuren / amerikanische Baumwolle 2 Wachssäuren / sowjetische Baumwolle 1. Sorte 3 Wachssäuren / ägyptische Baumwolle 4 Wachssäuren / sowjetische Baumwolle 6. Sorte 5 Vergleichssubstanzen Fließmittel: Eisessig, 90%ig-gesättigt mit einer Petroleumfraktion (Kp. 190 bis 210°C) Papier: Schleicher und Schüll 2043 bM, imprägniert mit einer Petroleumfraktion (Kp. 190 bis 210°C) Entwickler: Überführung der freien Säuren in die Kupferseifen und Anfärben mit Kaliumferrocyanid [71] wollwachsen ( M e t h y l e n c h l o r i d / Ä t h e r - E x t r a k t ) ohne Unterschied der A n b a u g e b i e t e a u f t r i t t . D a n n folgen die Lignocerinsäure ( T e t r a k o s a n s ä u r e ) , P a l m i t i n s ä u r e , Mont a n s ä u r e ( O k t a k o s a n s ä u r e ) und die G h e d d a s ä u r e (Tet r a t r i a k o n t a n s ä u r e ) . D a ß bei früheren m a k r o s k o p i s c h e n U n t e r s u c h u n g e n die Arachinsäure und die H e x a k o s a n säure n i c h t gefunden worden sind, e r k l ä r t sich aus ihrer ä u ß e r s t geringen K o n z e n t r a t i o n i m B a u m w o l l w a c h s (s. T a b e l l e 22). 4.6.0

Untersuchung der Inhaltsstoffe Baumtvollfasern mit Äthanol

der Zweitextraktion

der

W e r d e n die F a s e r n , die m i t Methylenchlorid/Äther erschöpfend b e h a n d e l t worden sind, einer erneuten E x t r a k t i o n m i t Ä t h a n o l unterworfen, so lassen sich r e c h t b e t r ä c h t l i c h e Mengen an e x t r a h i e r b a r e n B e g l e i t stoffen isolieren (s. T a b e l l e 23). U b e r die U n t e r s u c h u n g e n des Methylenchlorid/ÄtherE x t r a k t e s ist im K a p i t e l 4 . 5 . 1 eingehend b e r i c h t e t worden. Die Inhaltsstoffe der Z w e i t e x t r a k t i o n m i t Ä t h a n o l ,

Nach dem Allylesterverfahren lassen sich aber die Monocarbonsäuren m i t kleinerer C-Atomzahl als 16 n i c h t m e h r erfassen. Zur Prüfung auf Anwesenheit solcher Säuren wurde eine papierchromatographische Auftrennung der freien W a c h s s ä u r e n nach dem S t a n d a r d verfahren auf petroleumimprägnierTabelle 23. Extraktionszahlen mit mehreren Lösungsmitteln aus verschiedenen tem Papier und Eisessig/Wasser, kommerziellen Baumwollsorlen (Zahlenangaben in % bezogen auf das Trockenpetroleumgesättigt, als F l i e ß m i t t e l gewicht der Gesamtfasern) [71] durchgeführt. Das E r g e b n i s ist in B i l d 13 zu sehen. E s ergibt sich einExtraktionsgehalte [%] von deutig, d a ß niedermolekularere CarSowjet. Sowjet. Ägypt. Amerik. bonsäuren als Palmitinsäure im Baumw. Baumw. Baumw. Baumw. Baumwollwachs (Methylenchlorid/ 1. Sorte 6. Sorte Karnak Upland Ä t h e r - E x t r a k t ) nicht vorhanden sind. E i n e q u a n t i t a t i v e S c h ä t z u n g der InFasern erstextrahiert mit 1,32 0,50 0,54 0,50 t e n s i t ä t e n und d a m i t eine Aussage Methylenchlorid/Äther über die Mengen der einzelnen Säuren Fasern anschließend zweit1,20 2,27 1,19 1,09 ist in T a b e l l e 22 angegeben. extrahiert mit Äthanol Die U n t e r s u c h u n g e n ergeben, daß 0,12 0,12 Chloroformlöslicher Anteil 0,33 0,15 die Behensäure (Dokosansäure) m i t der Zweitextraktion A b s t a n d a m häufigsten in B a u m -

Faserforschung und Textiltechnik 15 (1964) Heft 4

174

v. Ilornuff

\

.. X lt1

1 !

^

^ •*!! r 1 s i i f V\j / h i l f 390v^* /Is a V7 \ ( ¡ 2 ¡«70 1065 ! 1 1720 11 °"1 j I V) 1 s ¡S !

\

1

"3360 1 A

I ?«70

291o\ f 2660

I i 3600

3400

3200

3000

2600

und Richter: Studien über die chemische Zusammensetzung der Bauinwollfasern verschiedener A n b a u g e b i e l e

2600

2400

2200

2000 1600 Wellemahl

1 l . ,'1

¥

1200

1000

I I

l I I

1

'•8 ' t 6 L Ii 2 ' "O I C I £ I

?! . Vi -Q ! C i Ol I .o> * l

600 700

600

500 cm~' 400

Bild 14. I R - S p e k t r u m des chloroformlöslichen Anteils eines Ä t h a n o l e x t r a k t e s von einer sowjetischen Baumwolle 1. Sorte

die sich nicht in Chloroform lösen, sind im wesentlichen wasserlösliche, stickstoffhaltige BaumwollbegleitstofTe (s. K a p i t e l 4.2.1), freie Zucker (Mono- und Oligosaccharide) und Pflanzensäuren (organische Säuren). Die U n t e r s u c h u n g des chloroformlöslichen Anteils der Inhaltsstoffe der Z w e i t e x t r a k t i o n wird eingehend im letzten K a p i t e l dieser Arbeit beschrieben. 4.6.1

Untersuchung des chloroformlöslichen nolextraktes der Bauinwollfasern

Anteils

des

Ätha-

V o n den äthanollöslichen Begleitstoffen sind rund 10 bis 1 5 % in Chloroform löslich und müssen d e m n a c h wachsartige P r o d u k t e darstellen. E i n e wichtige Vorentscheidung in dieser F r a g e kann wieder die I R - S p e k t r o skopie bringen, denn rein äußerlich sind der Methylene h l o r i d / Ä t h e r - E x t r a k t und der ehloroformlösliehe Anteil eines anschließend isolierten Ä t h a n o l e x t r a k t e s sehr verschieden. D e r M e t h y l e n c h l o r i d / Ä t h e r - E x t r a k t ist bei normaler R a u m t e m p e r a t u r fest und j e n a c h B a u m w o l l s o r t e hellgelb bis b r a u n . D e r Geruch ist u n a n g e n e h m p e n e t r a n t . Ganz anders dagegen der chloroformlösliche Anteil des A t h a n o l e x t r a k t e s ! E r stellt in j e d e m F a l l e , unabhängig von der B a u m w o l l s o r t e , eine harzigzähe (auch bei — 1 0 ° C ! ) , s t a r k dunkelbraune und nicht u n a n g e n e h m riechende Masse dar (vielleicht ähnlich frischem B r o t ) . Das I R - S p e k t r u m des chloroformlöslichen Anteils der Z w e i t e x t r a k t i o n m i t Ä t h a n o l wird auf gleiche A r t und W e i s e wie das des M e t h y l e n c h l o r i d / Ä t h e r - E x t r a k t e s hergestellt. I m B a n d e n a u f b a u ist es sehr ähnlich dem S p e k t r u m des M e t h y l e n c h l o r i d / Ä t h e r - E x t r a k t e s , t r o t z der anderen physikalischen E i g e n s c h a f t e n ! Zur Veranschauliehung kleinerer Unterschiede in B a n d e n l a g e und I n t e n s i t ä t ist noch einmal das S p e k t r u m des Met h y l e n c h l o r i d / Ä t h e r - E x t r a k t e s (gestrichelte Linie, Bild 14) m i t eingezeichnet worden. Die auffälligste Veränderung im S p e k t r u m des chloroformlöslichen Anteils des Ä t h a n o l e x t r a k t e s ist, daß bei gleicher K o n z e n t r a t i o n die Anzahl der C H 2 - G r u p p e n (CH a -Valenzschwingungen bei 2 8 6 0 c m - 1 und 2 9 3 0 c m - 1 ) a b n i m m t und die C = 0 - V a l e n z s c h w i n g u n g (1720 c m - 1 ) sehr z u n i m m t . Auch ist die B a n d e n f o r m der C = 0 - V a lenzschwingung in beiden S p e k t r e n sehr unterschiedlich. Angeregt durch Aussehen und Geruch des chloroformlöslichen Anteils des Ä t h a n o l e x t r a k t e s wurde als erstes zur weiteren q u a l i t a t i v e n Analyse auf Anwesenheit v o n S t i c k s t o f f geprüft [72], U m a b e r n i c h t den F e h l e r zu m a c h e n , positive R e s u l t a t e durch verschleppte

und unvollständig a b g e t r e n n t e freie Aminosäuren zu erhalten, wird für alle Untersuchungen ein E x t r a k t verwendet, der die Anwesenheit solcher Verbindungen ausschließt. E s wird ein chloroformlöslicher E x t r a k t der Z w e i t e x t r a k t i o n mit Ä t h a n o l gewonnen, dessen Lösung mehrfach mit destilliertem W a s s e r , l % i g e r Salzsäure und wieder m i t destilliertem W a s s e r gewaschen worden ist. In ihm sind nachweislich keine wasserlöslichen S u b s t a n z e n mehr e n t h a l t e n , wenn ein Zweiphasengemisch aus Chloroform und Wasser vorhanden ist. In allen untersuchten E x t r a k t e n der vier Bauinwollsorten k o n n t e q u a l i t a t i v die Anwesenheit von S t i c k s t o f f nachgewiesen w e r d e n ! Dieser Stickstoff inul.l also in A erhindungen e n t h a l t e n sein, die nach den I R - S p c k t r e n dem B a u m w o l l w a c h s (Methylenchlorid/Ät.hcr-Extrakt) sehr ähnlich und die auch leicht in Chloroform löslich sind! Versucht m a n eine papierchromatographische Auftrennung des chloroformlöslichen Anteils des Ä t h a n o l e x t r a k t e s m i t den üblichen F l i e ß m i t t e l n für Aminosäuren (s. Bild 15), so erhält m a n nur eine Schweifbildung, die auf Grund ihrer gelbbraunen Eigenfarbe ohne irgendeine ,,Entwicklung" sichtbar ist. E i n e B l a u f ä r b u n g dieser Schweife m i t Ninhydrin und auch der S t a r t Vergieicnssubstanzen

Leucin Vatin Alanin Threonin Glutaminsäure

Bild 15. Papiercliromatogramni der chloroformlöslichen Anteile des Ä t h a n o l e x t r a k t e s und deren wasserlöslichen Verseifungsprodukte (Aminosäuren) von verschiedenen k o m merziellen Baumwollsorten F l i e ß m i t t e l : n-Butanol/Eisessig/VVasser 4 : 1 : 1 [73] Papier:

Schleicher und Schiill, 2 0 4 3 b.\I, aufsteigend

E n t w i c k l e r : Ninhydrin, K u p f e r k o m p l e x e la + lb:

S o w j e t i s c h e Baumwolle 1. S o r t e

2a + 2b:

Sowjetische Baumwolle 6. Sorte

3a + 3b:

Ägyptische Baumwolle K a r n a k

4a + 4b:

Amerikanische B a u m w o l l e Upland

Faserforschung und Textiltechnik 15 (1964) Heft 4

175

v. llornuff und Richter: Studien über die chemische Zusammensetzung der Baumwollfasern verschiedener Anbaugebiete p u n k t e t r i t t praktisch n i c h t auf (s. Bild 15). Und t r o t z d e m lassen sich Aminosäuren in diesen E x t r a k t e n nachweisen, wenn m a n sie m i t Gn äthanolischer Salzsäure verseift und dann erst eine p a p i e r c h r o m a t o g r a phisehe T r e n n u n g v o r n i m m t .

Tabelle 24. Rf-Werte mehrerer Aminosäuren, die aus chloroformlöslichen begleilstoffen durch, Hydrolyse mil 6n äthanolischer Salzsäure erhalten Sowjet. VergleichsBaumw. substanzen 1. Sorte

Sowjet. Baumw. 6. Sorte

n-Butanol/Eisessig/Wasser 4 : 1 : 1 [73] p _ 0,75 0,75 Leucin 0,52 0,52 0,57 ? — 0,30 0,31 Alanin 0,26 0,23 0,25 Glutaminsäure 0,19 0,15 0,17 Aparaginsäure * ) 0,14 0,11 0,12 Lysin 0,05 0,04 0,04

In Bild 15 sind neben dem unbehandelten chloroformlöslichen A t h a n o l e x t r a k t die aus diesem durch saure Hydrolyse isolierten Aminosäuren aufgetragen worden. E s wurde darauf g e a c h t e t , daß die N - K o n z e n t r a t i o n in beiden F ä l l e n die gleiche war. In T a b e l l e 24 sind die identifizierten Aminosäuren aufgeführt.

Baumwollwerden

Ägypt. Baumw. Karnak

Amerik. Baumw. Upland

0,75 0,53 0,32 0,26 0,18 0,14 0,04

0,76 0,55 0,33 0,23 0,18 0,13 0,04

0,89 0,75 0,65

0,89 0,78 0,69 0,56 0,49 0,24 0,13 0,35

Phenol/Wasser 4 : 1 [29] ? Leucin Valin

_

0,79 0,69

0,90 0,80 0,69 0,55 0,48 0,22 0,12 0,32

0,88 0,80 0,67 0,55 0,46 0,24 0,13 0,34

Als Ergebnis ist zu verzeichnen, ? — — daß die Aminosäuren in den S u b Alanin 0,48 0,48 stanzen des chloroformlöslichen An(¡lutaminsäure 0,23 0,23 teils des Ä t h a n o l e x t r a k t e s über die A s paraginsäure 0,14 0,13 Aminogruppen peptidartig gebunden Lysin 0,33 — sind, weil erst nach einer sauren H y Literaturwert drolyse . m i t anschließender papierchromatograpliischer Auftrennung die Ninhydrinreaktion positiv ist. Als H a u p t b e s t a n d D u r c h das überwiegende V o r k o m m e n der A m i n o teile der Aminosäuren k o n n t e n die beiden U i c a r b o n dicarbonsäuren l ä ß t sich a u c h erklären, weshalb i m I R säuren G l u t a m i n s ä u r e und Asparaginsäure gefunden S p e k t r u m eine s t a r k e Z u n a h m e der I n t e n s i t ä t der werden. Als weitere, b e m e r k e n s w e r t e Bestandteile sind C = 0 Valenzschwingung zu b e m e r k e n i s t ! Aber n i c h t nur noch Leucin, Yalin und Alanin anwesend. Aminosäuren lassen sich erst n a c h der sauren H y d r o Die p a p i e r c h r o m a t o g r a p h i s c h e B e s t i m m u n g der Asparaginsäure ist nur m i t dem F l i e ß m i t t e l P h e n o l / W a s s e r T29] eindeutig; im F l i e ß m i t t e l /¡-Butanol/Eisessig/ W a s s e r [73] ist die Trennung' von der G l u t a m i n s ä u r e nur angedeutet und unvollständig (s. Bild 15).

£ ösungsmittelfronl

Stearinsäure Behensäure(Docosansöure)

! Intensität

2

3

A

5

der Flecken -ff stark

Startlinie Imittel

^sc/woc/i

Bild 10. Düniischichlchromatogramm mehreret'Wachssäuren, die aus ohloroformlöslichen BaumwollbegleitsloiTen durch Hydrolyse mit Gn ülhanolischer Salzsäure erhalten werden Fließmilte]:

Essigsäure/Acetonil ril 1 : 1 , 7 0 % gesättigt mit Imprügniermit lel Trägerschichl : Kieselgel (¡, imprägniert mit einer Petroleumfi-aklion vom Kp. 190 bis 210°C Entwickler: Phosphormolybdänsäure 1 Sowjetische Baumwolle 1. Sorte 2 Sowjetische Baumwolle 6. Sorte 3 Stearinsäure 4 Ägyptische Baumwolle Karnak 5 Amerikanische Baumwolle L'pland

lyse des chloroformlöslichen Anteils der Z w e i t e x t r a k t i o n m i t Ä t h a n o l p a p i e r c h r o m a t o g r a p h i s c h nachweisen, sondern a u c h Glucose\ Also m u ß a u c h die Glucose v e r e s t e r t sein, ob allerdings nur m i t den A m i n o s ä u r e n , was durchaus möglich sein k a n n aus Analogieschlüssen über die b r a u ne F a r b e des E x t r a k t e s (s. 4 . 2 S t i c k s t o f f h a l t i g e B e g l e i t stoffe der B a u m w o l l f a s e r ) , l ä ß t sich n i c h t entscheiden. Die S ä u r e k o m p o n e n t e n , an die die A m i n o s ä u r e n ü b e r die Aminogruppen gebunden sind, werden in w ä ß r i g e r N a t r o n l a u g e aufgelöst, m i t Salzsäure ausgefällt, in B e n zol gelöst und einer c h r o m a t o g r a p h i s c h e n A n a l y s e auf p e t r o l e u m i m p r ä g n i e r t e n Kieselgel G - D ü n n s c h i c h t p l a t t e n unterworfen (Bild 16). Mit Hilfe der Vergleichssubstanz k a n n S t e a r i n s ä u r e in allen vier E x t r a k t e n der e n t s p r e c h e n d e n B a u m w o l l sorten nachgewiesen werden. Mit A u s n a h m e des E x t r a k t e s der ä g y p t i s c h e n B a u m w o l l e sind a b e r die H a u p t mengen der W a c h s s ä u r e n durch Vergleich m i t L i t e r a t u r werten [74] als Moleküle m i t mehr als 2 4 C - A t o m e n zu bet r a c h t e n . E i n e vollständige A u f t r e n n u n g und eindeutige Identifizierung aber gelang n i c h t . A u ß e r d e m m u ß eins c h r ä n k e n d b e t o n t werden, daß n i c h t der g e s a m t e chloroformlösliche Anteil des Ä t h a n o l e x t r a k t e s aus Verbindungen von A m i n o s ä u r e n , Glukose und W a c h s s ä u r e n b e s t e h t , sondern d a ß er a u c h noch reine W a c h s b e s t a n d teile (freie S ä u r e n , E s t e r ) e n t h ä l t . Mit dem Auffinden der V e r b i n d u n g e n aus A m i n o säuren, Glucose und W a c h s s ä u r e n in der B a u m w o l l e lassen sich wesentliche Schlußfolgerungen für die F a s e r morphologie m a c h e n . Die zu B e f r e m d u n g A n l a ß gebende T a t s a c h e , d a ß das W a c h s v e r h ä l t n i s m ä ß i g fest v e r a n k e r t in G e g e n w a r t von Cellulose und P e k t i n in der P r i m ä r w a n d der B a u m w o l l f a s e r v o r h a n d e n ist, wurde i m wesent-

F a s e r f o r s c h u n g u n d T e x t i l t e c h n i k 15 (1964) H e f t 4

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v. Hornuff

liehen auf zwei versehiedene Möglichkeiten erklärt. K. Heß und seine Schule [33, 75] sehen als Bindeglied zwischen hydrophobem W a c h s und hydrophiler Cellulose bzw. P e k t i n Phosphatide an. Von anderer Seite wird angenommen [76, 77], daß als Bindeglied sog. Cutin (Suterin) fungiert. Uber beide Ansichten wird nachfolgend an Hand der eigenen Untersuchungen ausführlich gesprochen werden, denn wir sind auf Grund unserer Arbeiten zu der Schlußfolgerung gekommen, daß die Verbindungen aus Aminosäuren, Glucose und Waclissäuren die F u n k t i o n eines Bindegliedes zwischen W a c h s und Cellulose/Pcktin ü b e r n e h m e n ! Phosphatide sind polar gebaute Moleküle, die m i t ihrer hydrophoben Gruppe an die W a c h s s c h i c h t und mit ihrer hydrophilen Gruppe an die Cellulose- bzw. Pektinschicht gebunden sein können. Heß u. Mitarb. [75] gelang es angeblich, aus wäßrigen E x t r a k t e n von B a u m wollfasern m i t Chloroform Lipoide mit hohem Phosphorgehalt zu isolieren; eine nähere Untersuchung dieser F r a k t i o n und damit eine B e s t ä t i g u n g der E x i s t e n z der Phosphatide in der Baumwollfaser ist aber nicht erfolgt. O // CITa —O —C —C n H2n + 1 I I

O /

. . . Wachs

CH — ( ) — C — C n H 2 n — i

O

CH 2 OH

CH, Y)I [

CII,Oll

OI-l CellulosePeklin

Die eigenen Untersuchungen über die phosphorhaltigen Verbindungen (s. K a p i t e l 4.4) sprechen nicht dafür, daß P h o s p h a t i d e in der Baumwollfaser vorhanden sind. Die Angaben in Tabelle 15 zeigen, daß E x t r a k tionen m i t organischen Lösungsmitteln den Phosphorgehalt nicht erniedrigen. Nach B. Rewald [78] werden aber gerade Phosphatide in pflanzlichem Material durch E x t r a k t i o n m i t Aceton, Äthanol und Äthanol/Benzol 2: 8 bestimmt. L e g t m a n allerdings die oben angegebene F o r m e l für eine Verbindung m i t dem Molekulargewicht von 9 9 6 zugrunde und n i m m t den chloroformlöslichen Anteil der Z w e i t e x t r a k t i o n m i t Äthanol, in dem sich die Phosphatide befinden m ü ß t e n , mit 0 , 2 % (bezogen auf die Gesamtfaser) an, dann ist schon die A b n a h m e des P2O5Gehaltes, bezogen auf die Baumwollfaser, nur 0 , 0 0 3 % , wenn m a n 2 5 % der m i t 0 , 2 % isolierten W a c h s b e s t a n d teile als Phosphatide a n n i m m t ! Die Änderung des P 2 0 5 Gehaltes liegt innerhalb der Fehlergrenze der Meßmethode, wenn 1 j i des isolierten Wachses (bei der Zweite x t r a k t i o n m i t Äthanol) Phosphatide wären. E i n e Tüpfelanalyse der W a c h s e aus der Zweitextraktion mit Ä t h a n o l aber m i t einem Perchlorsäure-Ammoniummolybdatreagenz [79] verläuft ebenfalls negativ und deutet stark darauf hin, daß es die oben zitierten Phosphatide n i c h t gibt. F ü r das Cutin der Baumwollfaserprimärwand fehlt bis heute eine nähere chemische Beschreibung und Definition. Zwar geben V. W. Tripp u. Mitarb. [80] den Geh a l t an Cutin in der Baumwollfaserprimärwand mit 3 , 5 % an, eine Beschreibung der Isolierung und quantit a t i v e n B e s t i m m u n g wird aber nicht gebracht.

und Richter: Studien über die chemische Zusammensetzung der Baumwollfasern verschiedener Anbaugebiete

In j ü n g s t e r Zeit wollen Stepanov [81] u. Mitarb. den ¡Nachweis erbracht haben, daß die Cellulose teilweise mit ihren Begleitstoflen in echten chemischen Bindungen steht. Leider ist aber diese B e h a u p t u n g nur auf einen indirekten Beweis aufgebaut, auch werden m i t keinem W o r t die N a t u r bzw. der chemische Aufbau der Begleitstoffe beschrieben. E i n e Vorstellung über die Art der chemischen Bindung ist nicht vorhanden. E s ist also nach den bisherigen Ergebnissen anzunehmen, daß die Verbindungen aus Aminosäuren, Glucose und W a c h s s ä u r e n die F u n k t i o n eines Bindegliedes zwischen W a c h s und Cellulose/Pektin übernehmen. Solche Verbindungen, die über den Aminosäurebaustein eine große Affinität zur Cellulose haben, werden auch seit langem industriell hergestellt [82], L a m e p o n aus Eiweißspaltprodukten und Fettsäurechloriden, „Medialan A " - F a r b w e r k e Höchst aus Sarkosin und Olsäurechlorid sind besonders in ihrer K o m b i n a t i o n mit höheren gesättigten F e t t s ä u r e n (Stearinsäure) ausgesprochene Avivagemittel. Avivageinittel sind aber Stoffe, die eine große Affinität zur F a s e r h a b e n und auf Grund ihrer F e t t s ä u r e k o m p o n e n t e eine sog. Wiederauffettung der F a s e r vornehmen und damit den Griff wesentlich verbessern. Soll den im Chloroform löslichen Anteil des Äthanole x t r a k t e s vorkommenden Verbindungen diese Zwisehengliedrolle zukommen, dann müssen diese Substanzen, obwohl sie in Chloroform gut löslich sind und in einem Zweiphasengemisch mit W a s s e r nur in der organischen Phase vorhanden sind (auf Grund des langen W a c h s s ä u r e r e s t e s ! ) , auch beim Fehlen einer organischen Phase in W a s s e r löslich sein. T a t s ä c h l i c h wird auch eine getrübte, opalisierende, wäßrige Lösung von stark netzenden Eigenschaften erhalten! Versetzt man diese wäßrige Lösung abermals mit Chloroform, so geht wieder vollständig und klar löslich die gesamte Substanz in die organische Phase über. Resultierend aus den U n t e r suchungen und zusammenfassend wird folgende allgemeine Formulierung für die \ erbindungen aus Aminosäuren, Glucose und Wachssäuren vorgeschlagen, die sich im chloroformlöslichen Anteil eines A t h a n o l e x t r a k tes (Zweitextraktion) befinden. O Wachs

. H, — C N H — C I I —C

// X

B2

O

0-R

. CellulosePektin 3

R i > C 2 i i l 4 3 — (Behensüure) (eventuell auch C 1 7 I I 3 5 —, Stearinsäure)

Glutaminsäure

-CHa-CHa-COOH

Asparaginsäure

II

Leucin

Valin Alanin

- C H , —CH

-

CH'

,CTI,

CII,

.CH, X CH,

-CII,

F ü r R 3 kann s t e h e n : Wasserstoff, Glutaminsäure, Asparaginsäure, Leucin, Valin, Alanin und/oder Glucose

F a s e r f o r s c h u n g u n d T e x t i l t e c h n i k 15 (1964) H e f t U

v. Ilornuff u n d Richter: S t u d i e n ü b e r die chemische Z u s a m m e n s e t z u n g der B a u m w o l l f a s e r n verschiedener A n b a u g e b i e t e 5

Zusammenfassung

1. Folgende Baumwollbegleitstoffe bzw. Baumwollbeslandteile wurden quantitativ b e s t i m m t : Gesamtstickstoff, Proteine, W a c h s (Methylenchlorid/ Ä t h e r - E x t r a k t ) , W a c h s ( Ä t h a n o l e x t r a k t ) , Asche, P e k 1 instoffe, G e s a m t p h o s p h o r (als P 2 O ä ) u n d die F e u c h t i g k e i t (Wasserbestiinmung). 2. F ü r alle drei Sorten der reifen B a u m w o l l f a s e r n w u r d e n keine b e d e u t e n d e n q u a n t i t a t i v e n U n t e r s c h i e d e in d e n Hegleitstollen g e f u n d e n . 3. Bei der B e h a n d l u n g der B a u m w o l l f a s e r n mit Ä t h a n o l u n d anschließend m i t h e i ß e m W a s s e r wird der Stickstolfgehalt in beiden Fällen s t a r k erniedrigt. Bei der ersten E x t r a k t i o n (Äthanol) w e r d e n freie A m i n o s ä u r e n (evtl. Peptide) u n d bei der zweiten E x t r a k t i o n (heißes Wasser) P r o t e i n e gelöst. Die Z u s a m m e n s e t z u n g der E x t r a k t e w u r d e , bei den P r o t e i n e n n a c h einer s a u r e n Hydrolyse, in fast allen K o m p o n e n t e n eindeutig b e s t i m m t . 4. Von 15 g e f u n d e n e n freien A m i n o s ä u r e n w u r d e n 11 identifiziert. 5. Von 18 A m i n o s ä u r e b a u s t e i n e n der Proteine w u r d e n 12 b e s t i m m t . 6. U n t e r s c h i e d e zwischen den B a u m w o l l s o r t e n verschiedener A n b a u g e b i e t e in H i n s i c h t auf die A m i n o s ä u r e z u s a m m e n s e t z u n g sind n i c h t v o r h a n d e n . 7. Der P e k t i n g e h a l l der reifen B a u m w o l l s o r t e n aus N o r d a m e r i k a , Ä g y p t e n u n d der S o w j e t u n i o n w u r d e b e s t i m m t , u n d es k o n n t e kein n e n n e n s w e r t e r Unterschied g e f u n d e n w e r d e n . Die Erscheinung, d a ß der P e k t i n g e h a l t der u n reifen sowjetischen B a u m w o l l s o r t e n w e s e n t l i c h h ö h e r liegt als der P e k t i n g e h a l t reifer B a u m w o l l s o r t e n , w u r d e a n l l a n d des morphologischen A u f b a u e s der B a u m w o l l f a s e r erklärt. 8. Als H a u p t b e s t a n d t e i l der freien Zucker (Mono- u n d Oligosaccharide) -wurde Glucose isoliert. U n t e r Ausschluß jeder Möglichkeit der h y d r o l y t i s c h e n B i l d u n g freier Zucker bei der E x t r a k t i o n w u r d e erstmalig in einer n a t ü r l i c h e n Faser Cellobiose u n d v e r m u t l i c h a u c h Cellotriose g e f u n d e n . 9. Der Gehalt a n organischen S ä u r e n (Pflanzensäuren) ist in der B a u m w o l l f a s e r nicht u n b e t r ä c h t l i c h . 10. Auf p a p i e r c h r o m a t o g r a p h i s c h e m W e g w u r d e erstmalig bewiesen, d a ß alle geradzahligen, g e s ä t t i g t e n Monoc a r b o n s ä u r e n v o n C 16 (Palmitinsäure) bis C 34 [ T e t r a t r i a k o n t a n s ä u r e ) i m Bauinwollwachs a n w e s e n d sind. Mit A b s t a n d k o m m t a m h ä u f i g s t e n die D o k o s a n s ä u r e (Behensäure) v o r . 11. Die W a c h s a l k o h o l e w u r d e n m i t Hilfe der D ü n n s c h i c h t C h r o m a t o g r a p h i e u n t e r s u c h t ; dabei w u r d e bewiesen, d a ß niederere Alkohole als C 24 nicht a n w e s e n d sind. 12. Die W a c h s e ( M e t h y l e n c h l o r i d / Ä t h e r - E x t r a k t ) w u r d e n n e b e n den rein chemischen U n t e r s u c h u n g e n a u c h vergleichend m i t Hilfe der I R - S p e k t r o s k o p i e a n a l y s i e r t . 13. Eine E x t r a k t i o n der F a s e r n m i t M e t h y l e n c h l o r i d / Ä t h e r oder Ä t h a n o l f ü h r t zu unterschiedlichen q u a n t i t a t i v e n Ergebnissen an isolierbaren Begleitstollen. I m Ä t h a n o l - E x t r a k t sind Stolle e n t h a l t e n , die das Bindeglied zwischen h y d r o p h o b e m W a c h s u n d der h y drophilen Cellulose bzw. P e k t i n darstellen. Bisher w a r e n d a f ü r m e h r oder m i n d e r s p e k u l a t i v P h o s p h a t i d e oder sog. Cutin a n g e n o m m e n w o r d e n . 14. Diese neu g e f u n d e n e n Stoffe e n t h a l t e n W a c h s s ä u r e n , die ü b e r eine P e p t i d b i n d u n g vorwiegend an A m i n o d i c a r b o n s ä u r e n ( G l u t a m i n s ä u r e , Asparaginsäure), aber a u c h an Alanin, Valin u n d Leuein g e b u n d e n sind. E b e n f a l l s ist Glucose, wahrscheinlich ü b e r die E s t e r b i n d u n g , in diesen V e r b i n d u n g e n e n t h a l t e n . Die Ähnlichkeit dieser Verb i n d u n g e n m i t schon seit l a n g e m technisch e r z e u g t e n T e x t i l h i l f s m i t t e l n m i t ausgesprochenen Avivageeigens c h a f t e n wird gezeigt.

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15. Die q u a l i t a t i v e n u n d q u a n t i t a t i v e n P h o s p h o r b e s t i m m u n g e n geben keinen A n h a l t s p u n k t d a f ü r , d a ß die in der L i t e r a t u r b e s c h r i e b e n e n P h o s p h a t i d e als Bindeglied zwischen W a c h s u n d Cellulose in der B a u m w o l l f a s e r v o r h a n d e n sind. Der g r ö ß t e Teil des P h o s p h o r s s t a m m t aus wasserlöslichen P h o s p h a t e n , die a b e r n i c h t n u r a n o r ganische Salze, s o n d e r n a u c h Salze der s a u r e n P h o s p h o r s ä u r e - Z u c k e r - E s t e r sein k ö n n e n . IG. Der einzige b e m e r k e n s w e r t e U n t e r s c h i e d zwischen d e n in der vorliegenden A r b e i t u n t e r s u c h t e n reifen B a u m w o l l sorten ist b e i m u n v e r s e i f b a r e n Anteil des B a u m w o l l wachses festzustellen. 17. Die A r b e i t e n ü b e r die B a u m w o l l f a s e r b e g l e i t s t o l l e w e r d e n fortgesetzt. Literatur |1] Rath, Ii., L e h r b u c h der Texlilchemie. B e r l i n / G ö t t i n g e n / Heidelberg: .Springer 1963. [2| Jlartenhnuer, H.-P., Die R e i f e g r a d b e s t i m m u n g der Baumwolle u n t e r spezieller B e r ü c k s i c h t i g u n g der sow j e t i s c h e n u n d tschechoslowakischen N o r m e n . D. T e x t i l technik S (1958) S. 3 3 0 - 3 3 3 . [3] Tschilikin, M. M. (Cilikin, M. M.), Stickstoff in B a u m wolle und Leinen. Melliand T e x t i l b e r . 10 (1929) S. 883 bis 885. [4] Freiberger, AI., Die Rolle der B a u m w o l l p r o t e i n e in der Bleiche. Melliand T e x t i l b e r . 1 4 (1933) S. 302. [5] Herzog, A., Ursache der n a t ü r l i c h e n F ä r b u n g tierischer u n d pílanzlicher Faserstoile. Melliand T e x t i l b e r . 3 3 [1952) S. 1073. [6] Lübke, A., Farbig gezüchtete Baumwolle. TextilP r a x i s 5 (1950) S. 7 6 7 - 7 6 9 . [7J Simon, S. A., u n d Harmon, C., Die F a r b e der B a u m wolle. Textile Res. .J. 2 4 (1954) S. 1 2 - 1 6 . [8] Turner, A. I., L a n g f a s e r p l l a n z e n : S t r u k t u r . J . Textile I n s t i t u t e 4 0 (1949) S. P 9 7 3 - P 9 8 4 . [9] McCall, E.R., u n d Jürgens, J.F., Die chemische Zus a m m e n s e t z u n g der Baumwolle. Textile Res. J . 21 (1951) S. 19 — 21. [10] Kursanov, A. L., u n d Vyskrebenceva, E. •/., Ä n d e r u n g e n der Z u s a m m e n s e t z u n g der B a u m w o l l f a s e r im Z u s a m m e n h a n g m i t der Cellulosesynthese. B i o c h e m i j a (Biochemie) 17 (1952) S. 4 8 0 - 4 8 7 . [11] Saposnikow, V. G., u n d Tisvinskij, V. M., Ü b e r die chemische Z u s a m m e n s e t z u n g der B a u m w o l l e der Sow j e t u n i o n . Sb. I n s t . Chem. Technol. A k a d . N a u k . U k r . S S R (1937) 2, S. 4 3 - 5 1 (ukrainisch). [12] Vadimovic, I. / . , U n t e r s u c h u n g e n der c h e m i s c h e n Zus a m m e n s e t z u n g der u k r a i n i s c h e n Baumw r olle der E r n t e des J a h r e s 1934 u n d 1935. Sb. I n s t . Chem. T e c h n o l . A k a d . N a u k , U k r . S S R (1938) 7, S. 8 3 - 9 5 (ukrainisch). [13] (Jonrad, C. V/., B e s t i m m u n g v o n W a c h s in Bauimvollfasern. I n d . E n g n g . Chem., anal. E d i t . 16 (1944) S. 745 bis 748. [14] Hartmann, O., Ü b e r die BegleitstofVe der Baumw r olle. D i s s e r t a t i o n T H S t u t t g a r t 1927. [15] Frieser, E., Die q u a n t i t a t i v e B e s t i m m u n g u n d U n t e r s u c h u n g der Begleitstoffe in P f l a n z e n f a s e r n . I I . Mitt. T e x l i l - R d s c h . , St. Gallen 16 (1961) S. 304—314. [16] Walker, A.C., und Quell, M. IL, N a t ü r l i c h v o r k o m m e n d e A s c h e b e s t a n d t e i l e v o n Baumwolle. J . Textile I n s t . 2 4 (1933) S. T 1 3 1 - T 1 4 4 . [17] Whistler, R. L., Martin, A. R., u n d Harris, M., Die P e k t i n s u b s t a n z in B a u m w o l l e u n d ihre B e z i e h u n g zu den E i g e n s c h a f t e n der F a s e r . A m e r . Dvestuff R e p . 13 (1940) S. 252 — 258. [18] Walker, A. C., F e u c h t i g k e i t in Textilien. .T. a p p l . P h y sics 8 (1937) S. 261—268. [19] Frieser, F., Die q u a n t i t a t i v e B e s t i m m u n g u n d U n t e r s u c h u n g der Begleitstoffe in P f l a n z e n f a s e r n . I. M i t t . T e x t i l - R d s c h . 15 (1960) 9, S. 4 7 2 - 4 8 4 ; 11, S. 5 9 1 - 5 9 5 ; 16 (1961) 2, S. 76 — 81. [20] Nickerson, R. F., B a u m w o l l f a s e r n , Z u s a m m e n s e t z u n g , S t r u k t u r und mechanische Eigenschaften. Ind. Engng. Chem., ind. E d i t . 32 (1940) S. 1454.

F a s e r f o r s c h u n g u n d T e x t i l t e c h n i k 15 (19«4) H e f t k

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Hornuff

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und Richter:

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