[{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BlogPosting","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki22\/2020\/12\/31\/naturfaser-wikipedia\/#BlogPosting","mainEntityOfPage":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki22\/2020\/12\/31\/naturfaser-wikipedia\/","headline":"Naturfaser &#8211; Wikipedia","name":"Naturfaser &#8211; Wikipedia","description":"before-content-x4 Naturfasern oder Naturfasern (siehe Rechtschreibunterschiede) sind Fasern, die von Pflanzen, Tieren und geologischen Prozessen produziert werden.[1] Sie k\u00f6nnen als","datePublished":"2020-12-31","dateModified":"2020-12-31","author":{"@type":"Person","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki22\/author\/lordneo\/#Person","name":"lordneo","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki22\/author\/lordneo\/","image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","url":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","height":96,"width":96}},"publisher":{"@type":"Organization","name":"Enzyklop\u00e4die","logo":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","width":600,"height":60}},"image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/1\/13\/Chitin.svg\/220px-Chitin.svg.png","url":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/1\/13\/Chitin.svg\/220px-Chitin.svg.png","height":"130","width":"220"},"url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki22\/2020\/12\/31\/naturfaser-wikipedia\/","wordCount":7146,"articleBody":"     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});before-content-x4Naturfasern oder Naturfasern (siehe Rechtschreibunterschiede) sind Fasern, die von Pflanzen, Tieren und geologischen Prozessen produziert werden.[1]  Sie k\u00f6nnen als Bestandteil von Verbundwerkstoffen verwendet werden, wobei die Ausrichtung der Fasern die Eigenschaften beeinflusst.[2]  Naturfasern k\u00f6nnen auch zu Bl\u00e4ttern mattiert werden, um Papier oder Filz herzustellen.[3][4]  Der fr\u00fcheste Beweis daf\u00fcr, dass Menschen Fasern verwenden, ist die Entdeckung von Wolle und gef\u00e4rbten Flachsfasern, die in einer pr\u00e4historischen H\u00f6hle in der Republik Georgien gefunden wurden und auf 36.000 v. Chr. Zur\u00fcckgehen.[5][6]  Naturfasern k\u00f6nnen f\u00fcr High-Tech-Anwendungen verwendet werden, beispielsweise f\u00fcr Verbundteile f\u00fcr Automobile.  Im Vergleich zu mit Glasfasern verst\u00e4rkten Verbundwerkstoffen weisen Verbundwerkstoffe mit Naturfasern Vorteile wie eine geringere Dichte, eine bessere W\u00e4rmeisolierung und eine geringere Hautreizung auf.  Im Gegensatz zu Glasfasern k\u00f6nnen Naturfasern von Bakterien abgebaut werden, wenn sie nicht mehr verwendet werden.Naturfasern sind gute Schwei\u00dfabsorptionsmittel und k\u00f6nnen in einer Vielzahl von Texturen gefunden werden.  Baumwollfasern, die aus der Baumwollpflanze hergestellt werden, erzeugen beispielsweise Stoffe, die leicht und weich in der Textur sind und in verschiedenen Gr\u00f6\u00dfen und Farben hergestellt werden k\u00f6nnen.  Kleidung aus Naturfasern wie Baumwolle wird von Menschen in hei\u00dfen und feuchten Klimazonen h\u00e4ufig gegen\u00fcber Kleidung aus synthetischen Fasern bevorzugt.Table of Contents  Pflanzenfasern[edit]Tierische Fasern[edit]Chitosan[edit]Kollagen[edit]Keratin[edit]Eigenschaften[edit]Feuchtigkeitsabh\u00e4ngigkeit[edit]Anwendungen[edit]Industrielle Nutzung[edit]Naturfaserverbundwerkstoffe[edit]Nanokomposite[edit]Biomaterial und Biokompatibilit\u00e4t[edit]Siehe auch[edit]Verweise[edit]Externe Links[edit]Pflanzenfasern[edit]KategorieTypenSamenfaserDie aus den Samen verschiedener Pflanzen gesammelten Fasern werden als Samenfasern bezeichnet.BlattfaserFasern, die aus den Zellen eines Blattes gesammelt werden, sind als Blattfasern bekannt, zum Beispiel Banane,[7]  Ananas (PALF),[8]  usw.BastfaserBastfasern werden aus den \u00e4u\u00dferen Zellschichten des Pflanzenstamms gesammelt.  Diese Fasern werden f\u00fcr haltbares Garn, Gewebe, Verpackung und Papier verwendet.  Einige Beispiele sind Flachs, Jute, Kenaf, Industriehanf, Ramie, Rattan und Weinfasern.[9]FruchtfaserAus den Fr\u00fcchten der Pflanze gewonnene Fasern, zum Beispiel Kokosfasern (Kokos).StielfaserFasern aus den Stielen von Pflanzen, z. B. Strohhalme aus Weizen, Reis, Gerste, Bambus und Stroh.[7]Tierische Fasern[edit]Tierische Fasern umfassen im Allgemeinen Proteine \u200b\u200bwie Kollagen, Keratin und Fibroin;  Beispiele sind Seide, Sehne, Wolle, Katgut, Angora, Mohair und Alpaka.Tierhaare (Wolle oder Haare): Fasern oder Wolle von Tieren oder haarigen S\u00e4ugetieren.  zB Schafwolle, Ziegenhaar (Kaschmir, Mohair), Alpaka-Haar, Pferdehaar usw.Seidenfaser: Faser, die von Dr\u00fcsen (oft in der N\u00e4he des Mundes) von Insekten w\u00e4hrend der Herstellung von Kokons abgesondert wird.Vogelfaser: Fasern von V\u00f6geln, z. B. Federn und Federfasern.  Chemische Struktur von ChitinkettenChitin ist das zweith\u00e4ufigste nat\u00fcrliche Polymer der Welt, Kollagen das erste.  Es ist ein &#8220;lineares Polysaccharid von \u03b2- (1-4) -2-Acetamido-2-desoxy-D-Glucose&#8221;.[10]  Chitin ist hochkristallin und besteht normalerweise aus Ketten, die in einem \u03b2-Faltblatt organisiert sind.  Aufgrund seiner hohen Kristallinit\u00e4t und chemischen Struktur ist es in vielen L\u00f6sungsmitteln unl\u00f6slich.  Es hat auch eine geringe Toxizit\u00e4t im K\u00f6rper und ist im Darm inert.  Chitin hat auch antibakterielle Eigenschaften.[11]Chitin bildet Kristalle, die Fibrillen bilden, die von Proteinen umgeben werden.  Diese Fibrillen k\u00f6nnen sich zu gr\u00f6\u00dferen Fasern b\u00fcndeln, die zur hierarchischen Struktur vieler biologischer Materialien beitragen.[12]  Diese Fibrillen k\u00f6nnen zuf\u00e4llig orientierte Netzwerke bilden, die die mechanische Festigkeit der organischen Schicht in verschiedenen biologischen Materialien bereitstellen.[13]  Chitin bietet vielen lebenden Organismen Schutz und strukturelle Unterst\u00fctzung.  Es besteht aus den Zellw\u00e4nden von Pilzen und Hefen, den Muschelschalen, den Exoskeletten von Insekten und Arthropoden.  In Schalen und Exoskeletten tragen die Chitinfasern zu ihrer hierarchischen Struktur bei.[10]In der Natur gibt es kein reines Chitin (100% Acetylierung).  Es existiert stattdessen als Copolymer mit dem deacetylierten Chitinderivat Chitosan.  Wenn die acetylierte Zusammensetzung des Copolymers zu \u00fcber 50% acetyliert ist, ist es Chitin.[12]  Dieses Copolymer aus Chitin und Chitosan ist ein Zufalls- oder Blockcopolymer.[10]Chitosan[edit]  Chemische Struktur der ChitosanketteChitosan ist ein deacetyliertes Derivat von Chitin.  Wenn die acetylierte Zusammensetzung des Copolymers unter 50% liegt, handelt es sich um Chitosan.[12]  Chitosan ist ein teilkristallines \u201ePolymer aus \u03b2- (1-4) -2-Amino-2-desoxy-D-glucose\u201c.[10]    Ein Unterschied zwischen Chitin und Chitosan besteht darin, dass Chitosan in sauren w\u00e4ssrigen L\u00f6sungen l\u00f6slich ist.  Chitosan ist leichter zu verarbeiten als dieses Chitin, aber es ist weniger stabil, da es hydrophiler ist und eine pH-Empfindlichkeit aufweist.  Aufgrund seiner einfachen Verarbeitung wird Chitosan in biomedizinischen Anwendungen eingesetzt.[11]Kollagen[edit]Kollagen ist ein Strukturprotein, das oft als \u201eStahl biologischer Materialien\u201c bezeichnet wird.[14]  Es gibt mehrere Arten von Kollagen: Typ I (bestehend aus Haut, Sehnen und B\u00e4ndern, Gef\u00e4\u00dfen und Organen sowie Z\u00e4hnen und Knochen);  Typ II (eine Komponente im Knorpel);  Typ III (h\u00e4ufig in retikul\u00e4ren Fasern zu finden);  und andere.  Kollagen hat eine hierarchische Struktur und bildet Dreifachhelices, Fibrillen und Fasern.[12]Keratin[edit]  Diagramm zur Erzeugung der Helixstruktur von Alpha-Keratinen.Keratin ist ein Strukturprotein, das sich bei vielen Wirbeltieren an den harten Oberfl\u00e4chen befindet.  Keratin hat zwei Formen, \u03b1-Keratin und \u03b2-Keratin, die in verschiedenen Klassen von Chordaten vorkommen.  Die Namenskonvention f\u00fcr diese Keratine folgt der f\u00fcr Proteinstrukturen: Alpha-Keratin ist helikal und Beta-Keratin ist blattartig.  Alpha-Keratin kommt in S\u00e4ugetierhaaren, Haut, N\u00e4geln, Horn und Federkielen vor, w\u00e4hrend Beta-Keratin in Vogel- und Reptilienarten in Schuppen, Federn und Schn\u00e4beln vorkommt.  Die zwei unterschiedlichen Strukturen von Keratin haben unterschiedliche mechanische Eigenschaften, wie aus ihren unterschiedlichen Anwendungen hervorgeht.  Die relative Ausrichtung der Keratinfibrillen hat einen signifikanten Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften.  Im menschlichen Haar sind die Filamente von Alpha-Keratin stark ausgerichtet, was eine Zugfestigkeit von ungef\u00e4hr 200 MPa ergibt.  Diese Zugfestigkeit ist um eine Gr\u00f6\u00dfenordnung h\u00f6her als bei menschlichen N\u00e4geln (20 MPa), da die Keratinfilamente von menschlichem Haar st\u00e4rker ausgerichtet sind.[10]Eigenschaften[edit]Naturfasern weisen im Vergleich zu synthetischen Fasern tendenziell eine geringere Steifheit und Festigkeit auf.[10]Zugmechanische Eigenschaften von Naturfasern[10]MaterialBallaststoffElastizit\u00e4tsmodul (GPa)St\u00e4rke (MPa)SehneKollagen1,50150KnochenKollagen20.0160Schlammkrabben-Exoskelett (nass)Chitin0,4830Garnelen-Exoskelett (nass)Chitin0,5528RinderhufKeratin0,4016WolleKeratin0,50200Die Eigenschaften nehmen auch mit dem Alter der Faser ab.  J\u00fcngere Fasern sind tendenziell st\u00e4rker und elastischer als \u00e4ltere.[10]  Viele Naturfasern weisen aufgrund ihrer viskoelastischen Natur eine Empfindlichkeit gegen\u00fcber Dehnungsraten auf.[15]  Knochen enth\u00e4lt Kollagen und zeigt eine Empfindlichkeit gegen\u00fcber der Dehnungsrate, da die Steifheit mit der Dehnungsrate zunimmt, was auch als Kaltverfestigung bekannt ist.  Spinnenseide hat harte und elastische Bereiche, die zusammen zu ihrer Empfindlichkeit gegen\u00fcber der Dehnungsrate beitragen. Diese bewirken, dass die Seide auch eine Kaltverfestigung zeigt.[12]  Die Eigenschaften von Naturfasern h\u00e4ngen auch vom Feuchtigkeitsgehalt der Faser ab.[10]Feuchtigkeitsabh\u00e4ngigkeit[edit]Das Vorhandensein von Wasser spielt eine entscheidende Rolle f\u00fcr das mechanische Verhalten von Naturfasern.  Hydratisierte Biopolymere weisen im Allgemeinen eine verbesserte Duktilit\u00e4t und Z\u00e4higkeit auf.  Wasser spielt die Rolle eines Weichmachers, eines kleinen Molek\u00fcls, das den Durchgang von Polymerketten erleichtert und dabei die Duktilit\u00e4t und Z\u00e4higkeit erh\u00f6ht.  Bei der Verwendung von Naturfasern in Anwendungen au\u00dferhalb ihrer nat\u00fcrlichen Verwendung muss der urspr\u00fcngliche Hydratationsgrad ber\u00fccksichtigt werden.  Wenn es beispielsweise hydratisiert ist, nimmt der Youngsche Kollagenmodul von 3,26 auf 0,6 GPa ab und wird sowohl duktiler als auch h\u00e4rter.  Zus\u00e4tzlich nimmt die Kollagendichte von 1,34 auf 1,18 g \/ cm\u00b3 ab.[10]Anwendungen[edit]  Industrielle Nutzung[edit]Von industriellem Wert sind vier Tierfasern, Wolle, Seide, Kamelhaar und Angora sowie vier Pflanzenfasern, Baumwolle, Flachs, Hanf und Jute.  In Bezug auf Produktions- und Verwendungsumfang dominiert Baumwolle f\u00fcr Textilien.[16]Naturfaserverbundwerkstoffe[edit]Naturfasern werden auch in Verbundwerkstoffen verwendet, \u00e4hnlich wie synthetische Fasern oder Glasfasern.  Diese als Biokomposite bezeichneten Verbundwerkstoffe sind nat\u00fcrliche Fasern in einer Matrix aus synthetischen Polymeren.[1]  Einer der ersten biofaserverst\u00e4rkten Kunststoffe, der verwendet wurde, war 1908 eine Cellulosefaser in Phenolen.[1]  Die Verwendung umfasst Anwendungen, bei denen die Energieabsorption wichtig ist, z. B. Isolierung, ger\u00e4uschabsorbierende Paneele oder zusammenklappbare Bereiche in Kraftfahrzeugen.[17]Naturfasern k\u00f6nnen gegen\u00fcber synthetischen Verst\u00e4rkungsfasern unterschiedliche Vorteile haben.  Vor allem sind sie biologisch abbaubar und erneuerbar.  Dar\u00fcber hinaus haben sie h\u00e4ufig geringe Dichten und geringere Verarbeitungskosten als synthetische Materialien.[17][18]  Zu den Designproblemen bei naturfaserverst\u00e4rkten Verbundwerkstoffen geh\u00f6ren eine geringe Festigkeit (Naturfasern sind nicht so stark wie Glasfasern) und Schwierigkeiten beim tats\u00e4chlichen Verbinden der Fasern und der Matrix.  Hydrophobe Polymermatrizen bieten eine unzureichende Haftung f\u00fcr hydrophile Fasern.[17]Nanokomposite[edit]Nanokomposite sind wegen ihrer mechanischen Eigenschaften w\u00fcnschenswert.  Wenn F\u00fcllstoffe in einem Verbundwerkstoff im Nanometerl\u00e4ngenbereich liegen, ist das Verh\u00e4ltnis von Oberfl\u00e4che zu Volumen des F\u00fcllstoffmaterials hoch, was die Masseeigenschaften des Verbundwerkstoffs im Vergleich zu herk\u00f6mmlichen Verbundwerkstoffen st\u00e4rker beeinflusst.  Die Eigenschaften dieser nanoskaligen Elemente unterscheiden sich deutlich von denen ihres Hauptbestandteils.In Bezug auf Naturfasern erscheinen einige der besten Beispiele f\u00fcr Nanokomposite in der Biologie.  Knochen, Abalone-Schale, Perlmutt und Zahnschmelz sind Nanokomposite.  Ab 2010 weisen die meisten synthetischen Polymer-Nanokomposite im Vergleich zu biologischen Nanokompositen eine geringere Z\u00e4higkeit und geringere mechanische Eigenschaften auf.[19]  Es gibt zwar vollst\u00e4ndig synthetische Nanokomposite, jedoch werden auch Biopolymere mit Nanogr\u00f6\u00dfe in synthetischen Matrices getestet.  In Nanokompositen werden verschiedene Arten von Fasern auf Proteinbasis mit Nanogr\u00f6\u00dfe verwendet.  Dazu geh\u00f6ren Kollagen, Cellulose, Chitin und Tunican.[20]  Diese Strukturproteine \u200b\u200bm\u00fcssen vor der Verwendung in Verbundwerkstoffen verarbeitet werden.Um beispielsweise Cellulose zu verwenden, werden semikristalline Mikrofibrillen im amorphen Bereich geschert, was zu mikrokristalliner Cellulose (MCC) f\u00fchrt.  Diese kleinen kristallinen Cellulosefibrillen werden an dieser Stelle als Whisker klassifiziert und k\u00f6nnen einen Durchmesser von 2 bis 20 nm mit Formen von sph\u00e4risch bis zylindrisch aufweisen.  Zur Herstellung biologischer Nanokomposite wurden Whisker aus Kollagen, Chitin und Cellulose verwendet.  Die Matrix dieser Verbundstoffe sind \u00fcblicherweise hydrophobe synthetische Polymere wie Polyethylen und Polyvinylchlorid und Copolymere von Polystyrol und Polyacrylat.[20][19]Traditionell ist in der Verbundwissenschaft eine starke Grenzfl\u00e4che zwischen Matrix und F\u00fcllstoff erforderlich, um g\u00fcnstige mechanische Eigenschaften zu erzielen.  Ist dies nicht der Fall, neigen die Phasen dazu, sich entlang der schwachen Grenzfl\u00e4che zu trennen, und f\u00fchren zu sehr schlechten mechanischen Eigenschaften.  In einem MCC-Verbundwerkstoff ist dies jedoch nicht der Fall, wenn die Wechselwirkung zwischen dem F\u00fcllstoff und der Matrix st\u00e4rker ist als die Wechselwirkung zwischen F\u00fcllstoff und F\u00fcllstoff, wird die mechanische Festigkeit des Verbundstoffs merklich verringert.[20]Schwierigkeiten bei Naturfaser-Nanokompositen ergeben sich aus der Dispersit\u00e4t und der Tendenz kleiner Fasern, sich in der Matrix zu aggregieren.  Aufgrund des hohen Verh\u00e4ltnisses von Oberfl\u00e4che zu Volumen neigen die Fasern eher zur Aggregation als bei Verbundwerkstoffen im Mikroma\u00dfstab.  Zus\u00e4tzlich f\u00fchrt die sekund\u00e4re Verarbeitung von Kollagenquellen zur Erzielung von Kollagen-Mikrofibrillen mit ausreichender Reinheit zu einem gewissen Grad an Kosten und Herausforderungen bei der Herstellung einer tragenden Cellulose oder eines anderen Nanokomposits auf F\u00fcllstoffbasis.[20]Biomaterial und Biokompatibilit\u00e4t[edit]Naturfasern sind in medizinischen Anwendungen oft als Biomaterialien vielversprechend.  Chitin ist besonders bemerkenswert und wurde in eine Vielzahl von Anwendungen eingearbeitet.  Materialien auf Chitinbasis wurden auch verwendet, um industrielle Schadstoffe aus Wasser zu entfernen, zu Fasern und Filmen verarbeitet und als Biosensoren in der Lebensmittelindustrie verwendet.[21]  Chitin wurde auch in mehreren medizinischen Anwendungen eingesetzt.  Es wurde als Knochenf\u00fcllungsmaterial zur Geweberegeneration, als Wirkstofftr\u00e4ger und Hilfsstoff sowie als Antitumormittel eingearbeitet.[22]  Das Einbringen von Fremdstoffen in den K\u00f6rper l\u00f6st h\u00e4ufig eine Immunantwort aus, die je nach Reaktion des K\u00f6rpers auf das Material verschiedene positive oder negative Folgen haben kann.  Das Implantieren von Gegenst\u00e4nden aus nat\u00fcrlich synthetisierten Proteinen wie einem Implantat auf Keratinbasis kann vom K\u00f6rper als nat\u00fcrliches Gewebe erkannt werden.  Dies kann entweder zur Integration in seltenen F\u00e4llen f\u00fchren, in denen die Struktur des Implantats das Nachwachsen des Gewebes f\u00f6rdert, wobei das Implantat eine \u00dcberstruktur bildet, oder zum Abbau des Implantats, bei dem das R\u00fcckgrat der Proteine \u200b\u200bf\u00fcr die Spaltung durch den K\u00f6rper erkannt wird.[21][22]Siehe auch[edit]Verweise[edit]^ ein b c John, Maya Jacob;  Thomas, Sabu (2008-02-08).  &#8220;Biofasern und Biokomposite&#8221;. Kohlenhydratpolymere. 71 (3): 343\u2013364.  doi:10.1016 \/ j.carbpol.2007.05.040.^ Sousa, Fangueiro, Raul Manuel Esteves de;  Sohel, Rana (11.02.2016). Naturfasern: Fortschritte in Wissenschaft und Technologie in Richtung industrieller Anwendungen: von der Wissenschaft zum Markt.  ISBN 9789401775137.  OCLC 938890984.^ Doelle, Klaus (25.08.2013). &#8220;Neue Herstellungsmethode f\u00fcr Papierf\u00fcller und Fasermaterial&#8221;.  doi:10.2172 \/ 1091089.  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