BASF SE Externe Bildungsaktivitäten GPT/ L E H Ludwigshafen. / schule. Experimentierset Papierchemie

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1 BASF SE Externe Bildungsaktivitäten GPT/ L E H Ludwigshafen / schule Experimentierset Papierchemie

2 Inhaltsverzeichnis 1 Allgemeiner Teil Papier im täglichen Leben Papierindustrie Papierherstellung Papierrohstoffe Papierchemikalien Prozesschemikalien Funktionale Chemikalien 12 2 Experimenteller Teil Vorbereiten des Rohstoffes Herstellen eines Blattes Einsatz von Papierchemikalien Retentionsmittel Leimungsmittel Farbstoffe Färben mit Direktfarbstoffen Färben mit basischen Farbstoffen 28 3 Chemikalienliste und Sicherheitsdatenblätter 32 1

3 Informationen für Lehrerinnen und Lehrer Das Experimentierset Papierchemie beinhaltet ausgewählte Versuche rund um das Thema Papier, die sich für den Fachunterricht an weiterführenden Schulen eignen. Im ersten Teil des Skripts haben wir verschiedene Hintergrundinformation zum Thema Papier zusammengestellt. Im zweiten Teil werden Versuche zur Herstellung von Papier und zum Einsatz von Papierchemikalien vorgestellt. Um Ihnen die Arbeit mit diesem Experimentierset zu erleichtern, sind die Versuchsbeschreibungen so abgefasst und angeordnet, dass sie direkt als Kopiervorlage für den Schulversuch verwendet werden können (deshalb in Du -Form). Beim Verband Deutscher Papierfabriken (VDP) können Sie unter weitere Unterrichtsmaterialien zum Thema Papier bestellen. Rechtliche Hinweise Dieses Material soll Sie als Lehrer/-in bei der Vorbereitung und Durchführung Ihres Chemieunterrichts unterstützen. Die BASF SE hat die beigefügten Informationen nach bestem Wissen und Gewissen mit großer Sorgfalt zusammengestellt. Wir übernehmen jedoch keine Gewähr weder ausdrücklich noch stillschweigend für die Vollständigkeit oder Richtigkeit dieser Informationen. Bitte berücksichtigen Sie, dass die übermittelten Materialien ausschließlich zur Unterstützung Ihres Chemieunterrichts bestimmt sind, in keiner Weise verändert oder einer kommerziellen Verwertung zugeführt werden dürfen. Auch sind Sie nicht von einer eigenen Prüfung der von uns übermittelten Materialien im Hinblick auf ihre Eignung für die beabsichtigte Verwendung befreit. Die Verwendung der Materialien erfolgt auf Ihre eigene Verantwortung. 2

4 1 Allgemeiner Teil 1.1 Papier im täglichen Leben Eine Selbstverständlichkeit Zeitungen, Geldscheine, Bücher, Kopierpapier, Toilettenpapier oder Kartons täglich kommen wir mit etwa 25 unterschiedlichen Papierqualitäten in Berührung. Das ist für die meisten so selbstverständlich, dass sie es kaum noch bemerken. Papier ist nicht gleich Papier wir kennen heute etwa verschiedene Papierqualitäten. Unterschieden werden grob die Bereiche Verpackungsmaterial, Hygienepapiere, Spezialpapiere sowie Schreib- und Druckpapiere. Wiederverwertung ist gefragt Verbrauchte Verpackungen, Zeitungen, Bücher, Zeitschriften und Werbebroschüren können zur Herstellung von neuem Papier wieder verwertet werden. Das verringert das Abfallaufkommen und spart Rohstoffe und Energie. Viele Papierfabriken haben in den vergangenen Jahren ihre Produktion so umgestellt, dass sie aus Altpapier neues Papier herstellen können. Altpapier eignet sich bestens als Rohstoff für neues Papier es kann wesentlich besser als Holz, Glas oder Metall recycelt werden. 3

5 1.2 Papierindustrie Die Papierindustrie wächst weltweit. Deutschland produziert jährlich etwa 20 Millionen Tonnen Papier und Karton und gehört damit zu den Top 10 der Papierproduzenten in der Welt. In der deutschen Papierindustrie arbeiten ca Menschen und erwirtschaften rund 1 Prozent des Bruttosozialproduktes (Quelle: VDP). Für die Herstellung sind hohe Investitionen nötig. Eine moderne Papiermaschine kostet ungefähr 400 Millionen Euro. Diese Maschinen sind bis zu 10 Meter breit, 300 bis 400 Meter lang und stellen pro Minute bis zu Meter Papier her, das bedeutet bis zu 50 Tonnen Papier pro Stunde. Abb. 1: Moderne Papiermaschine (Quelle: VDP). 4

6 1.3 Papierherstellung Das Prinzip Bei der Papierherstellung werden die Rohstoffe, in der Regel Zellstoffe oder Altpapier, aus einer sehr verdünnten Suspension in Wasser auf einem Sieb zu einem Faservlies gefiltert. Von da ab geht alles sehr schnell: In nur wenigen Sekunden ist das Papier fertig. So funktioniert es Alle Inhaltsstoffe, die ein Papier enthalten soll, werden in einem großen Behälter, der Stoffzentrale, zusammengetragen und mit Wasser zu einer Stoffsuspension gemischt. Anschließend wird das Papier nach und nach getrocknet erst durch Auspressen, anschließend durch beheizte Zylinder. Der Stoffauflauf verteilt diese Suspension gleichmäßig über die gesamte Siebbreite, so dass sich die Fasern neben- und aufeinander ablagern. Gleichzeitig wird das Wasser abgesaugt. Es entsteht ein Papiervlies. Am Ende der Siebpartie beträgt der Wassergehalt der Papierbahn noch rund 80 Prozent. Anschließend durchläuft die Papierbahn die Pressenpartie. Hier wird die Papierbahn auf einem saugfähigen Filztuch zwischen Walzen ausgepresst. Dabei verringert sich der Wassergehalt auf etwa 60 Prozent, und das Papiergefüge wird verdichtet. Weil 60 Prozent Wassergehalt immer noch viel zu viel ist, durchläuft die Papierbahn anschließend die Trockenpartie. Dabei handelt es sich um mehrere Metallzylinder, die mit überhitztem Wasserdampf auf eine Oberflächentemperatur von 80 Grad Celsius beheizt werden. Die Zylinder sind so angeordnet, dass die Papierbahn slalomartig durchläuft und auf diese Weise trocknet. Der Wassergehalt des Papiers beträgt danach nur noch ca. 5 Prozent. Das trockene Papier durchläuft noch ein Glättwerk und wird dann auf einen Stahlkern, dem sogenannten Tambour, aufgewickelt. Damit ist es zur Auslieferung fertig. Abb. 2: Funktionsprinzip einer Papiermaschine (Quelle: VDP-Broschüre Papier machen ). 5

7 1.4 Papierrohstoffe Papierrohstoffe Die Rohstoffe für die Papierherstellung sind Holz (Holzschliff und Zellstoff), Altpapier und Füllstoffe. Holz muss in seine Bestandteile zerlegt werden. Holzschliff Holzschliff wird für holzhaltige Papiere verwendet. Es ist eine Mischung aus Fasern, Faserbruchstücken und feinsten Faserpartikeln. Die Qualität des Papiers hängt davon ab, ob das Verhältnis zwischen kurzen und langen Fasern ausgewogen ist. Feine Faserpartikel sorgen für eine geschlossene Oberfläche des Papiers. Damit ist es beidseitig bedruckbar. Für die mechanische Zerfaserung können unterschiedliche Verfahren angewendet werden. Beim klassischen mechanischen Verfahren wird der entrindete Baumstamm unter Zugabe von Wasser an einen rotierenden Schleifstein gepresst. An der rauen Steinoberfläche wird das Holz in Fasern, Faserbruchstücke und in Feinstoffe zerfasert. Anschließend wird aus dem Faserstoff Schmutz aussortiert, die Fasern werden nochmals zerkleinert und bis zur Trockenmasse eingedickt. Je nach Verwendung wird der Faserstoff mit Sauerstoff oder Wasserstoffperoxid gebleicht. Die Ausbeute aus trockener Holzsubstanz beträgt über 95 Prozent. Abb. 3: Herstellung von Holzschliff (Quelle: VDP-Broschüre Papier machen ). 6

8 Zellstoff Zellstoff zeichnet sich durch lange, feste Fasern aus, die für ein stabiles, reißfestes Papier sorgen. Er wird für hochwertige holzfreie Papiere verwendet und ist der wichtigste Faserstoff. Anders als beim Holzschliff sind im Zellstoff die Inhaltsstoffe des Holzes Lignine, Harze und Hemicellulosen abgetrennt. Sie sind u. a. für das Vergilben des Papiers verantwortlich. Der entrindete Baumstamm wird zu Hackschnitzeln verarbeitet. Diese werden in einem Kocher in ihre chemischen Bestandteile zerlegt: Hydrogensulfat und Sulfidionen spalten Wasserstoffbrückenbindungen und Etherbrücken der Holzinhaltsstoffe. Die unerwünschten Stoffe, z. B. Ligninsulfonsäure, Harze oder Lignine, können anschließend ausgewaschen werden. Danach werden die Holzfasern von der Flüssigkeit getrennt und ähnlich wie beim Holzschliff weiterverarbeitet. Die Ausbeute aus trockener Holzsubstanz beträgt etwa 50 Prozent. Abb. 4: Herstellung von Zellstoff (Quelle: VDP-Broschüre Papier machen ). 7

9 Altpapier als Faserstoff Die volkswirtschaftliche Bedeutung des Altpapier-Recyclings ist unbestritten. Fasern aus Altpapier sind deshalb die in der Papierindustrie am häufigsten genutzten Fasern. Sie werden genutzt für die Herstellung von Zeitungspapier, Papier für Magazine, Kataloge, Kartons und für Toilettenpapier. Auch Altpapierrückstände lassen sich noch verwerten, etwa in Verbrennungsanlagen zur Energieerzeugung. Abb. 5: Altpapier als Rohstoff für Karton und Wellpappe (Quelle: VDP). In einer Auflösetrommel wird Altpapier in Einzelfasern aufgelöst und vom Müll getrennt, der sich im Altpapier befindet. Die Fasern durchlaufen anschließend vielfältige Reinigungsprozesse. So werden sie in Flotationsanlagen von der Druckerfarbe befreit und danach gebleicht, bevor sie als Rohstoff für neues Papier verwendet werden. Abb. 6: Aufbereitung von Altpapier für grafische Papiere (Quelle: VDP-Broschüre Papier machen ). 8

10 Anorganische Füllstoffe Fast alle Papiere enthalten mineralische Füllstoffe. Sie füllen die Poren und Hohlräume zwischen den groben Papierfasern und machen das Papier kompakter. Das verbessert die Qualität des Papiers deutlich, weil die Oberfläche gleichmäßiger und schöner wird, das Papier glatter und besser bedruckbar. Zugleich sinken die Kosten für die Herstellung, weil mineralische Füllstoffe nicht so teuer sind wie Fasern. Und nicht zuletzt spart man am Rohstoff Holz: Je mehr Füllstoffe ein Papier enthält, umso weniger Fasern werden benötigt. Vielen Papieren werden bis zu 20 Prozent anorganische Füllstoffe, wie z. B. Calciumcarbonat (gemahlener Marmor), Kreide oder Kaolin (Tonerde), zugesetzt. Abb. 7: Kaolin (Tonerde), ein häufig verwendeter Füllstoff für Papier (Quelle: VDP). 9

11 1.5 Papierchemikalien Wozu Chemie im Papier? Papierchemikalien (Chemische Additive) sind synthetisch chemische Produkte, die in sehr geringen Mengen bei der Papierproduktion eingesetzt werden. Es wird grundsätzlich zwischen zwei Produktklassen unterschieden: Funktionale Chemikalien beeinflussen die Papiereigenschaften positiv, Prozesschemikalien beschleunigen den Herstellungsprozess von Papier. Chemikalien machen zwar nur 3 Prozent des Papiers aus, sie beeinflussen die Fabrikationsprozesse und die Eigenschaften von Papier und Karton aber sehr stark. Zusätzlich schonen sie Umwelt und Ressourcen. Ohne diese Zusatzstoffe ist eine moderne Papierherstellung nicht möglich. Schon für die Herstellung von handgeschöpftem Papier wurden übrigens Zusatzstoffe verwendet, u. a. tierischer Leim. Mit der industriellen Papierproduktion wurden neue Additive entwickelt und eingesetzt. Zellstoff 36% 3% Chemische Additive Funktionale- u. 1,1% Prozess- Chemikalien 0,3% Aluminiumsulfat 43% 8% 1,6% Stärke Altpapier 10% Holzstoff Pigmente/Füllstoffe Abb. 8: Rohstoffe und Chemikalien für Papier. 10

12 1.5.1 Prozesschemikalien Wichtige Prozesschemikalien sind Retentionsmittel (Entwässerungsmittel), Dispergiermittel, Entschäumer und Fixiermittel. Die Wirkung von Retentionsmitteln wird in diesem Experimentierset näher untersucht. Retentionsmittel Retentionsmittel haben die Aufgabe, die Entwässerung der Papierbahn zu beschleunigen und zu verstärken. Dadurch lässt sich der Verlust von teuren Faserstoffen minimieren; der Wasserverbrauch nimmt ab. Das Papiervlies wird schneller entwässert und das Abwasser weniger stark verunreinigt. Retentionsmittel sind hochmolekulare Polyethylenimine, Polyacrylamide oder Polyvinylamine. Diese Substanzen erreichen die Entwässerung, indem sie sich als kationische Polymere mit anionischen Faserstoffen, Fein- und Füllstoffe verknüpfen, und so elektrische Ladungen neutralisieren. Besonders wirksam ist dabei das kationische Polyacrylamid. N H N + H N H NH 2 + N Polyethylenimin (PEI) Synthese: Säurekatalysierte Polyaddition n m CONH 2 COX kationisches PAM: X = O-CH 2 -CH 2 -N + (CH 3 ) 3 Kationisches Polyacrylamid Synthese: Radikalische Copolymerisation m NH + 3 n-m HN O H Polyvinylamin Synthese: Hydrolyse von Polyvinylformamid Abb. 9: Verschiedene Retentionsmittel im Vergleich. 11

13 1.5.2 Funktionale Chemikalien Zu den funktionalen Chemikalien gehören u. a. Leimungsmittel, Verdicker, Binder, Festiger sowie Farbstoffe und optische Aufheller. Im Experimentierset Papierchemie werden Leimungsmittel und Farbstoffe beschrieben. Leimungsmittel (Hydrophobiermittel) Leimungsmittel machen das Papier wasserabweisend (hydrophob), damit es beschrieben und bedruckt werden kann. Als Leimungsmittel verwendete man in Europa Tierleim, der zusammen mit Stärke auf die Oberfläche aufgetragen wurde; daher auch der Name Leimungsmittel. Moderne synthetische Leimungsmittel haben diese früheren tierischen Produkte abgelöst. Überwiegend verwendet man wassermeidende Polymere wie alkylierende Ketene (AKD), alkyliertes Bernsteinsäureanhydrid (A- SA) oder Styrol-Acrylat-Copolymere speziell für die Oberflächenleimung. Abb.10: Wirkung der Leimungsmittel: Flüssigkeitsabsorptionsverhalten von Tinte bei verschiedenen Papierqualitäten. 12

14 Kollophoniumharz Alkylketendimer COOH CH 3 (CH 2 )n CH 2 CH 3 (CH 2 )n CH 2 O O Alkenyl-bernsteinsäureanhydrid CH 3 (CH 2 )n CH 2 CH 2 (CH 2 )m CH 3 O O O Styrol-Acrylat-Copolymere CH 2 = CH Styrol + CH 2 = CH COOR Acrylsäureester Abb. 11: Leimungsmittel und ihr chemischer Aufbau. 13

15 Farbstoffe Farbmittel werden für eine Vielzahl von ungestrichenen Papiersorten, wie holzfreie Druck- und Schreibpapiere, Hygienepapiere (z.b. Servietten) und Verpackungspapiere (z.b. Wellpappe) verwendet. Für die beiden Papierrohstoffe Holzschliff (holzhaltig) und gebleichten Zellstoff (holzfrei) werden zum Färben unterschiedliche Farbmittel eingesetzt. Basische Farbstoffe sind positiv geladene Salze und kommen hauptsächlich bei holzhaltigem Rohstoff zum Einsatz. Anionische oder kationische Direktfarbstoffe werden in der Regel auf holzfreien Substraten verwendet. Sie bestehen meist aus Natriumsalzen von Azofarbstoffen mit Sulfo- oder Carboxylgruppen. Basische Farbstoffe 1. Methin 2. Triphenylmethan 3. Azo 4. Rhodamin Direktfarbstoffe 1. Azo 2. Stilben 3. Cu-Phthalo Beispiel: CH 3 CH 3 Beispiel: O 3 S N CH 3 C H C H CH 3 N CH 3 N N N N OH O O 3 S N H Abb. 12: Papierfarbstoffe im Vergleich. 14

16 2 Experimenteller Teil Vorbereiten des Rohstoffes Verschiedene Rohstoffe Aufschlagen des holzhaltigen Rohstoffes Herstellen eines Blattes Absaugen Abziehen des Filter- Auspressen des noch feuchten papiers Blattes zwischen Filterpapier Einsatz von Papierchemikalien Flockung: Einsatz Leimung von Papier: Färben von Papier mit Retentionsmittel ungeleimt (links) Basazol Red PR 8021 liquid: geleimt (rechts) holzhaltig (rechts) holzfrei (links) 15

17 2.1 Vorbereiten des Rohstoffes Materialien: Küchenmixer oder Pürierstab Messbecher 2 x 500 ml Rohstoffe: Altpapier für das Herstellen des holzhaltigen Papierbreies: Graukarton, Handtuchkrepp oder Eierkartonpaletten Zellstoff für das Herstellen des holzfreien Papierbreies: weißes, unbedrucktes Toilettenpapier (Küchentücher sind wegen der nassfesten Ausrüstung ungeeignet) Leitungswasser Sicherheit: Schutzbrille Durchführung: 1. Zerreiße 10 g des jeweiligen Rohstoffs in 3 bis 5 cm große Stücke und gib sie zusammen mit 500 ml Wasser in den 500- ml-messbecher. 2. Zerfasere den Brei ca. 30 Sekunden mit dem Küchenmixer oder dem Pürierstab auf höchster Stufe. Achte darauf, dass der Rohstoff frei von gröberen, nicht zerfaserten Rohstoffklümpchen ist (evtl. Aufschlagzeit verlängern). Entsorgung: Restmüll 16

18 2.2 Herstellen eines Blattes Materialien: Becherglas 250 ml Nutsche ca. Ø 7 cm, Rundfilter Magnetrührer Vakuumanschluss Rührfisch Absaugflasche mit Gummidich- Teigrolle, Filterpapier tung 500 ml Rohstoffe: Holzhaltiger Papierbrei Holzfreier Papierbrei Leitungswasser Sicherheit: Schutzbrille Durchführung: 1. Wiege 50 g oder ml des holzhaltigen oder holzfreien Stoffbreies in ein 250-ml-Becherglas ein. 2. Fülle mit Wasser auf 200 ml auf, gib einen Rührfisch dazu und rühre 2 Minuten lang auf dem Magnetrührer. 3. Lege den Rundfilter in die Nutsche ein, feuchte ihn mit Wasser an und sauge kurz unter Vakuum ab. Drehe die Wasserstrahlpumpe wieder ab. 4. Gieße die Stoffsuspension vorsichtig in die Nutsche (Füllhöhe etwa 3 cm), schwenke leicht hin und her, damit sich der Papierbrei gleichmäßig über das Filterpapier verteilt, und lass ihn einige Sekunden absetzen. 5. Lege das Vakuum an und warte, bis die gesamte Flüssigkeit abgesaugt ist. Drehe die Wasserstrahlpumpe wieder ab. 6. Nimm den Filterkuchen heraus und ziehe den Rundfilter ab. 7. Trockne das selbst hergestellte Papierblatt zwischen zwei Filterpapieren mit der Teigrolle. Entsorgung: Restmüll 17

19 2.3 Einsatz von Papierchemikalien Retentionsmittel Materialien: Becherglas 2 x 250 ml Küchenmixer oder Pürierstab Becherglas 4 x 50 ml Küchensieb fein (Haarsieb) Becherglas 200 ml Stoppuhr Messzylinder 4 x 100 ml Pipetten, Glasstab Rohstoffe/ Chemikalien: Holzhaltiger Papierbrei Holzfreier Papierbrei Retentionsmittel: Polymin SK Leitungswasser Sicherheit: Schutzbrille Durchführung: 1. Stelle eine 0,04%ige Lösung des Retentionsmittel her, indem 1 Tropfen Retentionsmittel mit 100 ml Wasser versetzt werden. 2. Wiege 20 g oder ml des holzhaltigen oder holzfreien Stoffbreies in ein 250-ml-Becherglas ein und gib 200 ml Wasser dazu. 3. Schlage die Stoffsuspension mit dem Küchenmixer oder Pürierstab auf. 4. Fülle gleiche Mengen, ca. 100 ml, in je einen Messzylinder. 5. Verwende einen Messzylinder zur Kontrolle ohne Zusatz. 6. Pipettiere in den anderen Messzylinder 1 ml der 0,04%igen Polymin SK-Lösung. Rühre mit einem Glasstab gut um. 7. Fülle gleiche Mengen der beiden Proben in je einen Messzylinder und führe die folgenden Prüfungen durch. Entsorgung: Feststoffabfall 18

20 Retentionsmittel / Auswertung Prüfung 1: Schau beide Proben (holzhaltig und holzfrei) an und beschreibe die Unterschiede in den Messzylindern. Beobachtung Holzhaltige Probe ohne Retentionsmittel Holzhaltige Probe mit Retentionsmittel Holzfreie Probe ohne Retentionsmittel Holzfreie Probe mit Retentionsmittel Prüfung 2: Filtriere die Suspensionen über ein Küchensieb ab, indem es auf ein 50-ml-Becherglas gelegt wird. Ermittle die Zeit, bis die gesamte Lösung durchgelaufen ist, mit Hilfe der Stoppuhr. Beobachtung Holzhaltige Probe ohne Retentionsmittel Holzhaltige Probe mit Retentionsmittel Holzfreie Probe ohne Retentionsmittel Holzfreie Probe mit Retentionsmittel 19

21 Prüfung 3: Beurteile die Trübungsgrade im Filtrat. Welche Probe weist eine deutlichere Trübung auf? Beobachtung Holzhaltige Probe ohne Retentionsmittel Holzhaltige Probe mit Retentionsmittel Holzfreie Probe ohne Retentionsmittel Holzfreie Probe mit Retentionsmittel 20

22 Hinweise zum Versuch Ohne Retentionsmittel entsteht bei beiden Proben eine Suspension. Die Entwässerung ist sehr langsam, da Faserbruchstücke die Maschen des Siebes verstopfen. Kleinere Fasern gehen durch das Sieb, und das Filtrat ist trüb. Bei Zusatz des Retentionsmittels ist eine deutliche Flockung zu beobachten. Die feste Phase trennt sich von der flüssigen Phase, und die Entwässerung findet schnell statt. Das Filtrat ist klar, da alle Rohstoffe durch das Retentionsmittel am Filterkuchen zurückgehalten werden. In verdünnter Lösung ist das Retentionsmittel nur kurz haltbar. 21

23 2.3.2 Leimungsmittel Materialien: Becherglas 2 x 250 ml Magnetrührer Becherglas 100 ml Nutsche ca. Ø 7 cm, Rundfilter Pipetten Vakuumanschluss Rührfisch Absaugflasche mit Gummidich- Filterpapier zum Trocknen tung 500 ml Teigrolle Bügeleisen Rohstoffe/ Chemikalien: Holzhaltiger Papierbrei Holzfreier Papierbrei Leimungsmittel: Basoplast 270 D Leitungswasser oder Tinte Achtung Sicherheit: Schutzbrille Durchführung: 1. Nehme 12 Tropfen Leimungsmittel und gebe 50 ml Wasser dazu. So entsteht eine 1%ige Lösung des Leimungsmittels. 2. Wiege 50 g oder ml des holzhaltigen oder holzfreien Stoffbreies in ein 250-ml-Becherglas ein. 3. Fülle mit Wasser auf 200 ml auf, gib einen Rührfisch dazu und rühre 2 Minuten lang auf dem Magnetrührer. 4. Gib zu dieser Stoffmischung unter Rühren 4 ml der 1%igen Basoplast 270 D-Lösung. 5. Lege den Rundfilter in die Nutsche ein, feuchte ihn mit Wasser an und sauge kurz unter Vakuum ab. Drehe die Wasserstrahlpumpe wieder ab. 6. Gieße die Stoffsuspension vorsichtig in die Nutsche (Füllhöhe etwa 3 cm), schwenke leicht hin und her, damit sich der Papierbrei gleichmäßig über das Filterpapier verteilt, und lass ihn einige Sekunden absetzen. 7. Lege das Vakuum an und warte, bis die gesamte Flüssigkeit abgesaugt ist. Drehe die Wasserstrahlpumpe wieder ab. 8. Nimm den Filterkuchen heraus und ziehe den Rundfilter vorsichtig ab. 9. Presse das selbst hergestellte Papierblatt zwischen zwei Filterpapieren mit der Teigrolle. 22

24 10. Trockne das selbst hergestellte Papierblatt zwischen zwei Filterpapieren mit dem Bügeleisen. 11. Führe die im Auswertebogen beschriebenen Prüfungen durch. Entsorgung: Feststoffabfall 23

25 Leimungsmittel / Auswertung Prüfung: Nach welcher Zeit ist ein Wassertropfen oder ein Tropfen Tinte in das Papier eingedrungen? Zeit Holzhaltige Probe ohne Leimungsmittel Holzhaltige Probe mit Leimungsmittel Holzfreie Probe ohne Leimungsmittel Holzfreie Probe mit Leimungsmittel Beobachtung: Notiere deine Beobachtungen. Beobachtungen Holzhaltige Probe ohne Leimungsmittel Holzhaltige Probe mit Leimungsmittel Holzfreie Probe ohne Leimungsmittel Holzfreie Probe mit Leimungsmittel 24

26 Hinweise zum Versuch Bei den Papieren ohne Leimungsmittel verbleiben die Tropfen nur kurz auf der Papieroberfläche und ziehen schnell ein. Mit Leimungsmittel sind die Tropfen bis zu einer Stunde sichtbar. In verdünnter Lösung ist das Leimungsmittel nur kurz haltbar. 25

27 2.3.3 Farbstoffe Färben mit Direktfarbstoffen Materialien: Becherglas 6 x 250 ml Magnetrührer Becherglas 3 x 50 ml Nutsche ca. Ø 7 cm Reagenzgläser Vakuumanschluss Pipetten Absaugflasche mit Gummidich- Rührfische tung 500 ml Filterpapier zum Trocknen Teigrolle Rohstoffe/ Chemikalien: Holzhaltiger Papierbrei Holzfreier Papierbrei Direktfarbstoffe: Pergasol C Blue 67 L Gefahr Pergasol Yellow 6VHC-Z LIQ. Pergasol Red 2G-Z LIQ. Leitungswasser Sicherheit: Schutzbrille, Einmalhandschuhe aus Nitril Unter dem Abzug arbeiten Durchführung: 1. Gib jeweils 5 Tropfen des konzentrierten Farbstoffes auf 50 ml Wasser in ein Becherglas. 2. Wiege 50 g oder ml des holzhaltigen oder holzfreien Stoffbreies in ein 250-ml-Becherglas ein. 3. Fülle mit Wasser auf 200 ml auf, gib einen Rührfisch dazu und rühre 2 Minuten lang auf dem Magnetrührer. 4. Gib zu dieser Stoffmischung unter Rühren 4 ml der jeweiligen Farbstofflösung und rühre weitere 10 Minuten auf dem Magnetrührer. 5. Lege den Rundfilter in die Nutsche ein, feuchte ihn mit Wasser an und sauge kurz unter Vakuum ab. Drehe die Wasserstrahlpumpe wieder ab. 6. Gieße die Stoffsuspension vorsichtig in die Nutsche (Füllhöhe etwa 3 cm), schwenke leicht hin und her, damit sich der Papierbrei gleichmäßig über das Filterpapier verteilt, und lass ihn einige Sekunden absetzen. 26

28 7. Lege das Vakuum an und warte, bis die gesamte Flüssigkeit abgesaugt ist. Drehe die Wasserstrahlpumpe wieder ab. 8. Nimm den Filterkuchen heraus und ziehe den Rundfilter vorsichtig ab. 9. Pipettiere einige Milliliter des Filtrates mit einer Pipette in ein Reagenzglas. Hebe das Filtrat für einen späteren Vergleich auf. 10. Presse das selbst hergestellte Papierblatt zwischen zwei Filterpapieren mit der Teigrolle. 11. Führe die im Auswertebogen beschriebenen Prüfungen durch. Entsorgung: Feststoffabfall 27

29 Färben mit basischen Farbstoffen Materialien: Becherglas 6 x 250 ml Magnetrührer Becherglas 3 x 50 ml Nutsche ca. Ø 7 cm, Rundfilter Reagenzgläser Vakuumanschluss Pipetten Absaugflasche mit Gummidich- Rührfische tung 500 ml Filterpapier zum Trocknen Teigrolle Rohstoffe/ Chemikalien: Holzhaltiger Papierbrei Holzfreier Papierbrei Basische Farbstoffe: Basazol Violet 31 L Basazol Yellow 46 L Basazol Red PR 8021 liquid Gefahr Gefahr Gefahr Leitungswasser Sicherheit: Schutzbrille, Einmalhandschuhe aus Nitril Unter dem Abzug arbeiten Durchführung: 1. Gib jeweils 5 Tropfen des konzentrierten Farbstoffes auf 50 ml Wasser in ein Becherglas. 2. Wiege 50 g oder ml des holzhaltigen oder holzfreien Stoffbreies in ein 250-ml-Becherglas ein. 3. Fülle mit Wasser auf 200 ml auf, gib einen Rührfisch dazu und rühre 2 Minuten lang auf dem Magnetrührer. 4. Gib zu dieser Stoffmischung unter Rühren 4 ml der jeweiligen Farbstofflösung und rühre weitere 10 Minuten auf dem Magnetrührer. 28

30 5. Lege den Rundfilter in die Nutsche ein, feuchte ihn mit Wasser an und sauge kurz unter Vakuum ab. Drehe die Wasserstrahlpumpe wieder ab. 6. Gieße die Stoffsuspension vorsichtig in die Nutsche (Füllhöhe etwa 3 cm), schwenke leicht hin und her, damit sich der Papierbrei gleichmäßig über das Filterpapier verteilt, und lass ihn einige Sekunden absetzen. 7. Lege das Vakuum an und warte, bis die gesamte Flüssigkeit abgesaugt ist. Drehe die Wasserstrahlpumpe wieder ab. 8. Nimm den Filterkuchen heraus und ziehe den Rundfilter vorsichtig ab. 9. Pipettiere einige Milliliter des Filtrates mit einer Pipette in ein Reagenzglas. Hebe das Filtrat für einen späteren Vergleich auf. 10. Presse das selbst hergestellte Papierblatt zwischen zwei Filterpapieren mit der Teigrolle. 11. Führe die im Auswertebogen beschriebenen Prüfungen durch. Entsorgung: Feststoffabfall 29

31 Farbstoffe / Auswertung Prüfung: Betrachte sowohl die Filtrate als auch die fertigen Papiere. Gibt es einen Unterschied bei der Färbung von holzhaltigem und holzfreiem Stoff? Notiere die Beobachtungen! Direktfarbstoffe Pergasol C Blue 67 L Pergasol Yellow 6VHC-Z LIQ. Pergasol Red 2G-Z LIQ. Färbung Papier Filtrat Papier Filtrat Papier Filtrat Holzhaltiges Papier Holzfreies Papier Basische Farbstoffe Basazol Violet 31 L Basazol Yellow 46 L Basazol Red PR 8021 liquid Färbung Papier Filtrat Papier Filtrat Papier Filtrat Holzhaltiges Papier Holzfreies Papier 30

32 Hinweise zum Versuch Basische Farbstoffe Die holzhaltigen Papiere sind in der jeweiligen Farbe brillant gefärbt und die Filtrate sind im Idealfall farblos. Je nach verwendetem Rohstoff kann eine leichte Färbung des Filtrats auftreten. Die holzfreien Papiere sind in der jeweiligen Farbe stumpf angefärbt. Beim holzfreien Rohstoff ist das Filtrat immer intensiver gefärbt als beim holzhaltigen Rohstoff. Basische Farbstoffe sind für holzhaltige Papiere ausgelegt. Direktfarbstoffe Hier beobachtet man genau umgekehrte Ergebnisse wie bei den basischen Farbstoffen. Die holzfreien Papiere sind in der jeweiligen Farbe brillant und die holzhaltigen Papiere stumpf angefärbt. Die Filtrate unterscheiden sich bei beiden Rohstoffen nur minimal in der Anfärbung, hierbei ist der Farbunterschied abhängig von den jeweils eingesetzten Rohstoffen. Direktfarbstoffe sind für holzfreie Papiere ausgelegt. 31

33 3 Chemikalienliste und Sicherheitsdatenblätter 5 g Retentionsmittel: Polymin SK 5 g Leimungsmittel: Basoplast 270 D Achtung 10 g Pergasol C Blue 67 L Gefahr 10 g Pergasol Yellow 6VHC-Z LIQ. 10 g Pergasol Red 2G-Z LIQ. 10 g Basazol Violet 31 L Gefahr 10 g Basazol Yellow 46 L Gefahr 10 g Basazol Red PR 8021 liquid Gefahr Bitte beachten Sie beim Umgang mit den Chemikalien des Experimentiersets Papierchemie die Hinweise in den Sicherheitsdatenblättern auf der beiliegenden CD. 32

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