Tekstiilikuitutunnilla värjättiin kangasta luonnonväreillä

Kemian valtakunnalliset kokeet sekoittivat hieman kevään aikatauluamme ja blogikirjoituksiin tuli taukoa. Tämä tunti tosin pidettiin jo lähes pari viikoa sitten, mutta tekstin viivästymisen vuoksi julkaisen sen hieman myöhässä. Pinja, Jaakko, Saima ja Venla kertoivat meille muutama viikko sitten silkistä ja tässä esitys kirjallisessa muodossa.

----------------------------------------------------------------------

SILKKI

HISTORIA

Perimätiedon mukaan silkki keksittiin jo 2 500 eKr. aikoihin Kiinan keisarinna Si Ling Chi:n toimesta. Vaikka kankaan alkuperästä kertovat tarinat eroavat toisistaan huomattavasti, niihin liittyy silti yksi sama sanoma: silkkimadon kehräämästä säikeestä saatiin valmistettua kauneimpia vaatteita, joita oli koskaan nähty ja ne nousivat nopeasti suureen arvostukseen maailmalla.

Kiinasta silkkikangas kulkeutui ensiksi Intiaan, Koreaan sekä Japaniin ja vasta myöhemmin noin 100 eKr. silkkitietä pitkin länteen, jossa se Rooman markkinoilla vaihdettiin kultaan. Matka silkkitiellä kesti jopa kahdeksan vuotta ja sen aikana kauppakaravaanit altistuivat monille vaaroille. Silkin valmistuksen salaisuus paljastui länsimaille vasta 500-luvulla, kun kaksi munkkia salakuljetti silkkiperhosen munia henkensä uhalla Bysantin valtakuntaan.

Nykyään silkkiä tuotetaan pääasiassa Kiinassa, Brasiliassa, Intiassa, Thaimaassa ja Japanissa. Se kattaa noin 0,1 % maailman kangastuotannosta.

EKOLOGISUUS

Silkki tunnetaan varsin ekologisena kuituna, sillä siihen liittyvät ympäristöhaitat aiheutuvat pääosin vain silkkitoukkien ravintona käyttämien mulperipuiden lannoituksesta ja hoidosta. Vastapainona tälle mulperipuut ehkäisevät hyvin eroosiota. Vaikka suurin osa toukista kuolee koteloiden ”avaamisessa”, käytetään niidenkin ruumiit hyväksi kiinalaisessa keittiössä.

OMINAISUUDET JA KÄYTTÖ

 Silkillä on monia hyviä ominaisuuksia, joiden takia se on kallista. Hienointa silkkiä käytetään lähinnä juhlapukuihin ja pieniin asusteisiin, kuten solmioihin. Silkki kiiltää kauniisti ja on erittäin mukavan tuntuinen ihoa vasten, joten se sopii tähän tarkoitukseen hyvin. Silkki myös hylkii likaa, ja mukautuu lämpötilaan; Kylmällä silkki eristää lämpöä, kuumalla se ei hiosta. Käyttövaatteita silkistä tehdään harvemmin se huonon hiensietokyvyn ja kemiallisten aineiden keston takia.

 Silkistä valmistetaan myös teollisuuskankaita ja käsityölankoja. Tähän käytetty silkki ei ole yhtä hienoa, mutta sillä on silti silkille ominainen lujuus, joustavuus ja keveys. Esim. urheiluvaatteissa voi olla halvempaa silkkiä, sillä silkki neutralisoi hajuja ja voi imeä jopa 30 % painostaan nestettä tuntumatta kostealta.  Tästä syystä silkki soveltuu myös esimerkiksi maalauskankaaksi, ja muinaisessa Kiinassa sitä käytettiinkin siihen ennen kuin paperi keksittiin.

 Silkillä on todettu myös olevan rentouttavia ja virkistäviä vaikutuksia. Tämän huomasivat jo muinaisen Kiinan asukkaat, jotka käyttivät silkkiä apuna esim. verenkiertohäiriöiden, allergioiden ja makuuhaavojen hoidossa.

SILKIN VALMISTUS                    

Silkkiä valmistetaan silkkiperhosen toukan koteloista eli kokongeista. Silkin valmistukseen liittyy kolme ammatia: mulperipuun viljelijät, munien tuottajat ja toukkien kasvattajat. Tunnetuin silkkiperhonen on mulperiperhonen, joka käyttää ravintonaan vain valkoisen mulperipuun lehtiä. Munia yksi mulperiperhonen tuottaa noin 500. Silkinviljelijät ostavat silkkiperhosen munat keväällä, kun munia on säilytetty talven yli. Samaan aikaan keväällä, mulperipuu alkaa vihertyä. Toukkien kasvattajat hautovat munia hieman yli 20 asteen lämpötilassa, kunnes toukat ovat noin 3mm pituisia ja karvaisia. Toukkia ruokitaan mulperipuun lehdillä, kunnes ne ovat noin 9 cm pituisia ja sen jälkeen ruokkiminen lopetetaan. Hetken levättyään, toukat aloittavat kehräämään kokongiaan, mikä kestää noin 60 tuntia. Silkkiperhosen toukka ei saa kuitenkaan kuoriutua kokongistaan, jolloin silkkilanka katkeaisi, vaan toukat tapetaan kokongien sisällä esimerkiksi kuumentamalla. Kaikkia toukkia ei kuitenkaan tapeta, vaan osan annetaan kuoriutua perhosiksi jatkamaan silkkiperhosten sukua. Yhdestä kokongista saa suunnilleen 3000 metriä silkkilankaa. Toukan kehräämä silkkilanka on todella ohutta, minkä takia monen toukan lankoja joudutaan yhdistämään paksun langan saavuttamiseksi. Jotta rihma saataisiin irrotettua, kopat käytetään kuumassa vedessä tai höyrytetään. Kuidun pään löytämiseksi koppaa hierotaan pyörivin liikkein. Samalla, kun lankaa aletaan kiertää kerälle, se kuivataan.

Raakasilkiksi kutsutaan silkkiä, josta ei ole vielä poistettu serisiiniä, eli silkkisäikeitä suojaavaa liima-ainetta. Kun serisiini poistetaan, saadaan keitettyä silkkiä. Nimi tulee siitä, että serisiinin poistamiseksi silkkiä keitetään useissa saippualiuoksissa. Samalla keittäminen lisää silkin lujuutta ja antaa sille pehmeyttä. Silkkiin myös lisätään erilaisia orgaanisia suoloja, jota kutsutaan silkin kuormittamiseksi, koska keittäessä silkki kevenee noin 30%.

HOITO-OHJE

Silkkiä ei saa säilyttää likaisena ja sen pesu on tehtävä varoen käyttäen joko hieno- tai erikseen silkin puhdistusta varten valmistettua pesuainetta. Silkkituotteet pestään käsin tai pesukoneen hienopesuohjelmalla. Myös kemiallinen pesu on hyvä ratkaisu. Silkkiä ei saa liottaa, jotta sen värit eivät suttaannu. Samaisesta syystä vaate ei saa valua vettä, kun se nostetaan kuivumaan. Silkkineuleet kuivataan tasossa. Halutessaan silkkiä voi silittää nurjalta puolelta 120-150ᵒC raudalla. Mitä arvokkaampi puhdistettava vaate on, sitä suositeltavampaa on pesettää se pesulassa, sillä kotipesussa vaatteen tuhraantuminen ja vahingoittuminen on helppoa.

http://www2.amk.fi/digma.fi/www.amk.fi/opintojaksot/030507/1086702266491/1146637794621/1146645570602/1146645855074.html

http://global.finland.fi/Public/extra/varityskirja/openopas/silkki_historia.html

http://www.silkki.info/historia/silkin-historia.html

http://historianet.fi/arkielaemae/kauppa-ja-teollisuus/munkit-varastivat-silkin-laenteen

http://www.rauhanpuolustajat.fi/ekokataloogi/sivut/artikkelit/artikkelit4.html

http://www.ullaneule.net/0306/artikkelit_eettinen_langanpaa.html

http://www.kaspaikka.fi/koti/riitta.lehtonen/villaprojekti/silkki3.htm

http://wol.jw.org/fi/wol/d/r16/lp-fi/102006207

http://www.animalia.fi/valinta/vaatteet-ja-keng%C3%A4t/el%C3%A4inper%C3%A4iset-materiaalit/silkki

http://www.kaspaikka.fi/koti/riitta.lehtonen/villaprojekti/silkki3.htm

Vilhunen, 2005, Pieni Silkkikirja, Helsinki: Suomen Lähetysseura

----------------------------------------------------------------------

Tunnilla värjäsimme puuvillaisia sekä keinokuituisia (polyamidi+elastaani) kangastilkkuja luonnonväreillä, kuten sipulilla ja koivunlehdillä. Valitettavasti kotivarastossamme ei ollut valkoista keinokuitukangasta vertailutilkuksi, joten jouduimme nyt vertailemaan valkoisen puuvillan  ja beessin keinokuidun värjäytymisominaisuuksia.

Työohje oli melko yksinkertainen. Sekös tässä oppilaitakin naurattaa? :)

-Uutimme ensin pilkotun kasvin väriaineen kiehuvaan veteen.

-Suodatimme kasvin palat vedestä pois ja jäähdytimme värjäytyneen veden alle 80 asteen (C).

-Tämän jälkeen lisäsimme veteen kalialunaa (kaliumalumiinisulfaattia). Kalialuna kiinnittää väriaineen paremmin luonnonkuituiseen materiaaliin.

-Värjäysliuos oli nyt valmis ja kangastilkut lisättiin 80 asteiseen liuokseen värjäytymään. Lopuksi ne huuhdottiin vedellä.

Vasemmalla alunperin valkoisia puuvillakangastilkkuja, oikealla alunperin beessejä keinokuitukangastilkkuja. Ylimpänä värjäämättömät tilkut.

Saippuatunnilla perehdyttiin pesuaineisiin ja valmistettiin oliiviöljystä saippuaa

Saippuatunnilla perehdyimme pesuaineiden rasvaa liuottavaan vaikutukseen sekä valmistimme saippuaa Patrickin, Tiian, Paulan ja Nellan esitelmän jälkeen, joka on liitetty oheen kirjallisessa muodossa.

-------------------------------------------------------------- 

Saippua

Saippuan historia

Saippuan historia ulottuu monien tuhansien vuosien taakse, jo muinaiset egyptiläiset käyttivät ja valmistivat saippuaa. Saippuan keksijöitä olivat todennäköisesti sumerilaiset. Euroopassa se oli vielä 1500- luvulla vain rikkaiden saatavilla. Parin sadan vuoden jälkeen noin 1700- luvulla kemian teollisuus mahdollisti saippuan raaka-aineiden teollisen valmistuksen. Ranskalainen Michel Eugéne Chevreul osoitti glyserolin ja emäksien kytkennät saippuan valmistuksessa kehittäessään rasvojen ja öljyjen tutkimusta. 1800- luvun lopulla saippuatehtaita oli jo kaikissa länsimaissa ja valmistusmäärät olivat suuria. Saippuasta tuli suosittu ihonhoitotuote ja valikoimat olivat laajat. Toisen maailmansodan aikaan saippuasta tuli säännöstelty tuote, jonka takia saippuaa alettiin valmistaa myös kotioloissa. Kauppoihin saippua tuli vasta 1940- luvun lopulla.

 

Saippuan valmistus

Saippuaa syntyy saippuoitumisreaktiossa, joista tunnetuimpia menetelmiä ovat keitto-, kylmä- ja kuumamenetelmä.

 

Keittomenetelmä:

Kovaa eläinrasvaa keitetään emäksisessä liuoksessa (esim. lipeä eli NaOH) monia tunteja, sillä saippuoitumisreaktio tapahtuu hitaasti. Keitettäessä lipeä katkoo rasvan esterisidoksia ja pilkkoo rasvan glyseroliksi ja rasvahappojen natriumsuoloiksi. Kun saippuoitumisreaktio on valmis, liuokseen lisätään natriumkloridia. Siten ylimääräinen lipeä, vesi ja glyseroli jäävät pohjalle kun taas saippua eli rasvahapon natriumsuola kohoaa keittoastian pinnalle.  Menetelmästä valmistunut rasvahapon natriumsuola (C15H31COONa) ei kuitenkaan ole vielä puhdas käytettäväksi saippuana, joten keitto ja suolaus toistetaan vielä uudestaan.          

                                                                                                                                               

Kylmämenetelmä:

Kylmämenetelmässä rasvaa ja emästä sekoitetaan niin kauan, että muodostuu emulsio eli paksuhko massa. Sopiva lämpötila on 30-50C. Emulsio kaadetaan muotteihin ja laitetaan viileään paikkaan, jossa se kiinteytyy saippuaksi noin vuorokauden kuluessa.

Kuumamenetelmä:

Kuumamenetelmä on jatkoa kylmämenetelmälle, sillä kylmämenetelmässä syntynyt emulsio laitetaan muottien sijasta 100 asteiseen uuniin pariksi tunniksi. Kuumamenetelmällä valmistaessa vettä tarvitaan haihtumisen vuoksi kylmämenetelmää enemmän.

Saippuan käyttökohteita

Saippua on tehokas pesuaine jota käytetään yleensä ihmisen ja joidenkin vaatteiden pesemiseen, mutta sillä voi pestä paljon muutakin. Saippuaa käytetään veden kanssa. Esimerkiksi kun puhdistat uunia saippualla, tarvitset märän rätin ja saippuaa. Kun peset vaatteita käsipyykillä, käytetään saippuavettä. Saippuavettä käytetään myös nahan puhdistamiseen ja pehmittämiseen.

Saippuan kemiaa

Saippua siis koostuu kolmesta osasta; rasvahapoista, hiilivedyistä ja alkalista (useimmiten KOH tai NaCl). Miksi saippua sitten siivoaa ja irrottaa likaa? Kunnon siivoamiseen tarvitaan kolmenlaista eri energiaa:

-kemiallista energiaa: Saippua tai muu siivousaine

-lämpöenergiaa: Lämmin vesi tai pesuympäristö

-liike-energiaa: käsien tai pesukoneen hankaava liike.

Yhdistetään nämä kaikki tasapainoisesti ja t-paidan johon kaatui hieman öljyä pitäisi puhdistua teorian mukaan näin: Paitaa ei voi puhdistaa paljain käsin ja vain vedellä, koska rasva hylkii vettä. Mutta kun veteen lisätään saippuaa, hydrophobinen saippuan osa, hiilivedyt, vetäytyvät likaa kohti ja vedestä pois, mutta toinen puoli, hydrophilinen osa, rasvahapot ja alkalit, vetäytyvät vettä kohti. Tämä molemminpuolinen veto irrottaa lian t-paidasta ja saa sen sekoittumaan veteen. Lämpö  auttaa erittelemään ja sekoittamaan likaa vedessä, ja käsien hankaus auttaa lian vapauttamisessa.

 

Lähteet:

http://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/14818/Saippuan%20valmistuksen%20eri%20menetelmat%20ja%20niiden%20ohjauksellisuus.pdf?sequence=1

http://www.vuotar.fi/saippuasta

http://fi.wikipedia.org/wiki/Saippua

http://www.saunalahti.fi/arnoldus/saippua.html

http://www.cleaninginstitute.org/clean_living/soaps__detergents_chemistry.aspx

http://www.helsinki.fi/kemia/opettaja/aineistot/saippua/saippuan_kaytto.htm

http://science.csustan.edu/nhuy/chem1002/soapexp.htm

Rauno Lahtinen - Saippuaa! (Atena 2006)

Kuvat

        http://pixabay.com/fi/saippua-värikäs-väri-pestä-tuoksu-9239/ 

        http://eightcrayonscience.wordpress.com/2012/02/04/saponification-or-why-not-to-buy-the-discount-lutefisk/

-------------------------------------------------------------- 

      Valmistimme esityksen jälkeen saippuaa Kemianluokka Gadolinin ohjeen mukaan pienin muutoksin. Käytimme rasvana oliiviöljyä (sitä kun löytyi helposti kaupasta pääsiäisen jälkeisenä aamuna matkalla kouluun), emmekä käyttäneet eteerisiä öljyjä tuoksuaineina. Rasvana voi käyttää lähes mitä tahansa kasviöljyä/rasvaa. Yksi tyypillisimmistä kotikemistin saippuarasvoista on kuulemani mukaan kookosrasva. Oliiviöljystä tehdystä saippuasta tulee helposti hieman pehmeä, kuten tälläkin kerralla taisi käydä. Ohessa muutamia saippuaryhmän ottamia kuvia saippuan valmistuksesta.

Oliiviöljy lämmitettiin noin 60 asteeseen C.

Oliiviöljyyn lisättiin 30%:nen NaOH-liuos.

NaOH:n ja oliiviöljyn seosta lämmitettiin ja sekoitettiin noin 20 minuuttia, jonka jälkeen se jätettiin muovimukeihin jähmettymään. Seuraavalla kerralla testaamme vielä saippuoiden pH-arvot pieneen vesimäärään sekoitettuna.

Muovitunnilla opiskeltiin perinteisiä synteettisiä muoveja sekä tehtiin maidosta kaseiinimuovia

Tämäkin blogi pääsee vihdoin eloon. Julkaisen seuraavien viikkojen aikana SYK:n 8. luokan oppilaiden kirjoitelmia tuntien aiheista sekä kuvia tehdyistä töistä.

Tuomas, Nikolas, Solja ja Lotta kertoivat tunnilla polyeteenistä. Tässä heidän ryhmätyönsä kirjallisessa muodossa:

POLYETEENI, PE

Perustietoa

PE eli polyeteeni on maailman käytetyin muovi ja se on myös rakenteeltaan yksinkertaisin kaikista kaupallisista polymeereistä eli suurimolekyylisistä orgaanisista yhdisteistä, joissa toistuvat samat sidostyypit. Molekyylimuodossa se on hiiliketju, jossa jokaiseen hiileen on sitoutunut                                      

kaksi vetymolekyyliä.

Polyeteeni sopii käytettäväksi teollisuudenaloilla sen hyvän iskulujuuden, sähköisten ominaisuuksien ja kemiallisen kestävyyden johdosta. Lisäksi sen halpa hinta ja elintarvikekelpoisuus lisäävät sen suosiota. Polyeteenin ominaisuudet vaihtelevat kuitenkin suuresti sen valmistusmenetelmästä ja lisäksi se voidaan luokitella eri luokkiin perustuen pääasiassa sen tiheyteen ja haarautuneisuuteen, mutta yleensä jaottelu tehdään tiheyden perusteella. Polyeteeni on erittäin paloherkkä ja vaikea liimata. Monikäyttöisyyttä rajoittavat myös sen heikko repimislujuus ja alhainen lämpötilankesto, sillä sen pehmenemistä voi tapahtua jo peräti +40 asteen lämmössä.

Käyttö

Polyeteeniä käytetään elintarvikekelpoisuutensa ansiosta monissa elintarvikkeiden säilyttämiseen ja käsittelyyn liittyvissä esineissä, esimerkiksi leikkuulaudoissa, elintarvikemuoteissa, maitopurkeissa ja joissakin vihannespusseissa. Siitä myös tehdään ruiskuvalettuna esimerkiksi leluja, postilaatikoita, olutkoreja, pakkauslaatikoita sekä kotitalousastioita, sillä se on halpaa.

Polyeteeni ei sovi esimerkiksi käyttökohteisiin joilta vaaditaan korkean lämpötilan kestoa tai UV-säteilyn kestoa. Sitä ei myöskään yleensä käytetä liimaamista vaativissa kohteissa, sillä sen liimaaminen vaatii hankalan esikäsittelyn ja liimaussaumat jäävät usein heikoiksi.

Valmistus

Polyeteenin syntetisointi eli valmistus perustuu eteenin polymeroimiseen. Reaktiossa monomeerin kaksoissidokset hajoavat. Monomeeri on pieni molekyyli. Esimerkiksi hiilivedyt ovat monomeerejä. Kun kaksoissidokset hajoavat, muodostuu hiiliatomien välille yksinkertaisia kovalenttisiä sidoksia. Täten syntyy makromolekyyli. Polyeteeni on keinotekoisesti valmistettu makromolekyyli. Polyeteenin molekyylissä on pelkästään hiili- ja vetyatomeja. Polyeteenin rakenteesta johtuen se ei reagoi kemiallisesti.

Polyeteenin kierrätysmerkit.

Historia ja löytö

Polyeteenin löysi ensimmäisenä Hans von Pechmann vuonna 1898. Aine oli valkoista ja tahmaista. Se koostui pitkistä –CH2- joukoista. Vuonna 1933 Eric Fawcett ja Reginald Gibson löysivät vahingossa teolliseen käyttöön sopivampaa polyeteeniä. Koe oli kuitenkin vaikea toistaa ja polyeteenin kehitys pysähtyi toiseen maailmansotaan. 50-luvun alussa tapahtui läpimurto. Robert Banks ja J. Paul Hogan kehittivät Philipsin tehtailla katalyytin, joka mahdollisti helpomman polyeteenin tuotannon. 1953 Karl Zieger kehitti oman menetelmänsä, joka vaati alhaisemman lämpötilan kuin Philipsin menetelmä. Molempia menetelmiä käytettiin paljon 50 ja 60 luvuilla HDPE tuotantoon. Tämän jälkeen molempia menetelmiä on kehitetty paljon ja ne ovat luoneet perustan                               polymeerien tuotannolle.

Lähteet:

http://www.valuatlas.fi/tietomat/docs/plastics_PE_FI.pdf

http://www.tuotteet.vink.fi/tuotteet/pe.html

http://www.muovimuotoilu.fi/content/view/32/63/

http://fi.wikipedia.org/wiki/Polyeteeni

 -----------------------

Tunnilla emme valmistaneet polyeteeniä, sen sijaan valmistimme puolisynteettistä kaseiinimuovia maidosta. Kaseiinimuovia on valmistettu aikoinaan laajassa teollisessa mittakaavassakin. Se on ensimmäinen Suomessa teollisesti valmistetuista muoveista ja Suomen ensimmäinen muovialan yritys Sarvis vei kaseiinimuovista valmistettuja nappeja ulkomaillekin. 

Käytimme työssä Kemianluokka Gadolinin sivuilta löytynyttä ohjetta:

Muovia maidosta

Työssä lämmitettiin (elintarvikeväreillä värjättyä) rasvatonta maitoa 50 asteeseen, jonka jälkeen maitoon lisättiin väkiviinaetikkaa. Tällöin huomattiin maidon kaseiiniproteiinin denaturoituvan ja koaguloituvan denaturoitumisen seurauksena. Tämä denaturoitunut proteiini eli kaseiinimuovi kerättiin muovilusikan avulla keitinlasista ulos. 

Vaihe 1. Värjätty maito lämmitettiin kaasupolttimen avulla.

Vaihe 2. Etikkahapon lisäyksen jälkeen kaseiiniproteiini denaturoitui muovimaiseksi ja se voitiin kerätä muovilusikan avulla keitinlasista pois.