Techn. Universiẗat, Diss., 2001--Freiberg.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Schwefelgerbung. Warum aber mit der Schwefelgerbung? Die Ergebnisse der Literaturauswertung und beider Experimentalteile wurden zum gegenwärtigen Wissenstand über die Schwefelgerbung zusammengefasst und die sich daraus ergebenden wissenschaftlichen und praktischen Schlussfolgerungen gezogen. Die Arbeit soll unter einem betont praktischen Aspekt einen Beitrag zur Theorie der Schwefelgerbung liefern und zugleich eine Entscheidung darüber ermöglichen, ob die "alte" Schwefelgerbung in Kombination mit modernen Gerbverfahren erneutes Interesse für die Lederherstellung verdient oder nicht.

Das Strukturprotein Kollagen ist der Hautbestandteil von Haut und somit geeignet, die Gerbung auf molekularer Ebene zu studieren. Das schon sehr alte Handwerk des Gerbens hat das Ziel die Kollagenmatrix so zu stabilisieren, dass diese stabil und flexibel bleibt, auch wenn die Feuchtigkeit entweicht und das Leder hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Als Größe zur Charakterisierung der Gerbung dient die Schrumpfungstemperatur. Erkenntnisgewinn auf molekularer Ebene ist Ziel der Untersuchungen, da die Mechanismen der Gerbung bis heute nicht vollständig verstanden sind und grundlegend für die Synthese neuer Gerbstoffe sind. Die Kinetik der Assemblierung von Kollagenmonomeren zu Fibrillen wird spektroskopisch studiert. Der Einfluss von Additiven kann somit auf molekularer Ebene evaluiert werden. Ergänzend wird die Morphologie der Assemblate betrachtet. Studien der anschließenden Deassemblierung liefern Informationen über die Festigkeit der Kollagenmatrix. Für die Korrelation der Modellreaktion mit dem Realsystem der Gerbung werden Schrumpfungstemperaturen gemessen und Strukturuntersuchungen durchgeführt. Für diese Untersuchungen wird Hautpulver eingesetzt, um homogene Ergebnisse zu garantieren. Drei praxisrelevante Stoffgruppen, nämlich Chrom, Aldehyde und Polyphenole, wurden untersucht. Der Hauptgerbstoff Chrom zeigt bei den Assemblierungsuntersuchungen nur geringe Auswirkungen auf das Modellsystem. Die Deassemblierung hingegen lässt die gute Gerbeigenschaft klar erkennen. Zur Erklärung des Streifenmusters, das bei chromgegerbten und somit positiv gestainten Fibrillen im TEM zu erkennen ist, wurde ein theoretischer Ansatz unternommen. Glutaraldehyd und Formaldehyd werden zur Gerbung benutzt. Aldehyde vernetzen die Kollagenmatrix kovalent. Die Untersuchung der homologen Reihe der Dialdehyde wurde hinsichtlich einer Tendenz oder einem Optimum in der Moleküllänge untersucht. Die Aldehyde vernetzen die Monomere, sodass in den Assemblierungskinetiken nur verminderte Plateauhöhen erreicht werden. Die Minimierung der Plateauhöhe kann nicht quantitativ mit der Gerbwirkung gleichgesetzt werden. Mit Aldehydzusatz assemblierte Fibrillen haben ein unverändertes Erscheinungsbild. Die Schlussfolgerung ist, dass die Fibrillenstruktur nicht verändert, aber dezimiert ist. Da nur Formaldehyd, Glyoxal und Glutaraldehyd als reine wässrige Lösung vorlagen mussten die andern drei Dialdehyde hergestellt werden. Dabei sind zusätzliche Substanzen in den Lösungen enthalten, die die Ergebnisse stören. Einen Trend, der mit der Moleküllänge einhergeht, konnte nicht beobachtet werden. Dies ist mit der flexiblen Ordnung der Moleküle in Lösung - im Gegensatz zur Kollagenmatrix in der Haut - zu begründen. Eine kombinierte Wirkung von Chrom und Aldehyd konnte bei der Assemblierung nachvollzogen werden und belegt die Annahmen zur Gerbung aus der Literatur, dass die Gerbung über die sauren Seitenketten bzw. über die Aminogruppen geschieht. Die untersuchten Polyphenole haben keine gerbende Wirkung, sind dem Naturgerbstoff Tannin chemisch aber sehr ähnlich, sodass der Unterschied in der räumlichen Struktur liegen muss. Die Kondensate werden bezüglich ihrer Kettenlänge und der Anzahl ihrer funktionellen Gruppen analysiert. Die Störung der Assemblierung ist bei Zusatz von Phenolkondensaten ist stärker als bei den anderen Testsubstanzen, was eine starke Interaktion zeigt. Messungen der Schrumpfungstemperaturen an Hautpulver ergaben, dass die Syntane keinen waschstabilen Effekt haben. Die Anlagerung an das Kollagen ist folglich zu schwach. Parallele TEM-Analysen ergaben, dass der pH-Wert bei der Vernetzung einen Einfluss auf die Intensität der Streifung hat. Mit zunehmendem pH-Wert erscheint die Streifung intensiver, bis hin zu einer erkennbaren Substreifung. Bei verschieden hohen Schrumpfungstemperaturen zeichnen sind zwei Aussagen ab. Zum einen ist mikroskopisch klar zu erkennen, wenn die Probe denaturiert ist, also über ihrer Schrumpfungstemperatur gekommen ist. Zum anderen ist ein leicht verminderter D-Abstand mit zunehmenden Schrumpfungstemperaturen zu verzeichnen. Besitzen Additive eine gerbende Wirkung, so zeigt sich dies nicht analog im Assemblierungsmodell oder in der Morphologie der Fibrillen. Eindeutige Rückschlüsse sind nicht zu ziehen. Bei der Deassemblierung äußert sich die Gerbwirkung aber immer durch eine verminderte Löslichkeit der Matrix. Daher ist dies eine wertvolle Technik für die Grundlagenforschung in der Gerbung.

Das Strukturprotein Kollagen ist der Hautbestandteil von Haut und somit geeignet, die Gerbung auf molekularer Ebene zu studieren. Das schon sehr alte Handwerk des Gerbens hat das Ziel die Kollagenmatrix so zu stabilisieren, dass diese stabil und flexibel bleibt, auch wenn die Feuchtigkeit entweicht und das Leder hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Als Größe zur Charakterisierung der Gerbung dient die Schrumpfungstemperatur. Erkenntnisgewinn auf molekularer Ebene ist Ziel der Untersuchungen, da die Mechanismen der Gerbung bis heute nicht vollständig verstanden sind und grundlegend für die Synthese neuer Gerbstoffe sind. Die Kinetik der Assemblierung von Kollagenmonomeren zu Fibrillen wird spektroskopisch studiert. Der Einfluss von Additiven kann somit auf molekularer Ebene evaluiert werden. Ergänzend wird die Morphologie der Assemblate betrachtet. Studien der anschließenden Deassemblierung liefern Informationen über die Festigkeit der Kollagenmatrix. Für die Korrelation der Modellreaktion mit dem Realsystem der Gerbung werden Schrumpfungstemperaturen gemessen und Strukturuntersuchungen durchgeführt. Für diese Untersuchungen wird Hautpulver eingesetzt, um homogene Ergebnisse zu garantieren. Drei praxisrelevante Stoffgruppen, nämlich Chrom, Aldehyde und Polyphenole, wurden untersucht. Der Hauptgerbstoff Chrom zeigt bei den Assemblierungsuntersuchungen nur geringe Auswirkungen auf das Modellsystem. Die Deassemblierung hingegen lässt die gute Gerbeigenschaft klar erkennen. Zur Erklärung des Streifenmusters, das bei chromgegerbten und somit positiv gestainten Fibrillen im TEM zu erkennen ist, wurde ein theoretischer Ansatz unternommen. Glutaraldehyd und Formaldehyd werden zur Gerbung benutzt. Aldehyde vernetzen die Kollagenmatrix kovalent. Die Untersuchung der homologen Reihe der Dialdehyde wurde hinsichtlich einer Tendenz oder einem Optimum in der Moleküllänge untersucht. Die Aldehyde vernetzen die Monomere, sodass in den Assemblierungskinetiken nur verminderte Plateauhöhen erreicht werden. Die Minimierung der Plateauhöhe kann nicht quantitativ mit der Gerbwirkung gleichgesetzt werden. Mit Aldehydzusatz assemblierte Fibrillen haben ein unverändertes Erscheinungsbild. Die Schlussfolgerung ist, dass die Fibrillenstruktur nicht verändert, aber dezimiert ist. Da nur Formaldehyd, Glyoxal und Glutaraldehyd als reine wässrige Lösung vorlagen mussten die andern drei Dialdehyde hergestellt werden. Dabei sind zusätzliche Substanzen in den Lösungen enthalten, die die Ergebnisse stören. Einen Trend, der mit der Moleküllänge einhergeht, konnte nicht beobachtet werden. Dies ist mit der flexiblen Ordnung der Moleküle in Lösung - im Gegensatz zur Kollagenmatrix in der Haut - zu begründen. Eine kombinierte Wirkung von Chrom und Aldehyd konnte bei der Assemblierung nachvollzogen werden und belegt die Annahmen zur Gerbung aus der Literatur, dass die Gerbung über die sauren Seitenketten bzw. über die Aminogruppen geschieht. Die untersuchten Polyphenole haben keine gerbende Wirkung, sind dem Naturgerbstoff Tannin chemisch aber sehr ähnlich, sodass der Unterschied in der räumlichen Struktur liegen muss. Die Kondensate werden bezüglich ihrer Kettenlänge und der Anzahl ihrer funktionellen Gruppen analysiert. Die Störung der Assemblierung ist bei Zusatz von Phenolkondensaten ist stärker als bei den anderen Testsubstanzen, was eine starke Interaktion zeigt. Messungen der Schrumpfungstemperaturen an Hautpulver ergaben, dass die Syntane keinen waschstabilen Effekt haben. Die Anlagerung an das Kollagen ist folglich zu schwach. Parallele TEM-Analysen ergaben, dass der pH-Wert bei der Vernetzung einen Einfluss auf die Intensität der Streifung hat. Mit zunehmendem pH-Wert erscheint die Streifung intensiver, bis hin zu einer erkennbaren Substreifung. Bei verschieden hohen Schrumpfungstemperaturen zeichnen sind zwei Aussagen ab. Zum einen ist mikroskopisch klar zu erkennen, wenn die Probe denaturiert ist, also über ihrer Schrumpfungstemperatur gekommen ist. Zum anderen ist ein leicht verminderter D-Abstand mit zunehmenden Schrumpfungstemperaturen zu verzeichnen. Besitzen Additive eine gerbende Wirkung, so zeigt sich dies nicht analog im Assemblierungsmodell oder in der Morphologie der Fibrillen. Eindeutige Rückschlüsse sind nicht zu ziehen. Bei der Deassemblierung äußert sich die Gerbwirkung aber immer durch eine verminderte Löslichkeit der Matrix. Daher ist dies eine wertvolle Technik für die Grundlagenforschung in der Gerbung.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Schwefelgerbung. Warum aber mit der Schwefelgerbung? Die Ergebnisse der Literaturauswertung und beider Experimentalteile wurden zum gegenwärtigen Wissenstand über die Schwefelgerbung zusammengefasst und die sich daraus ergebenden wissenschaftlichen und praktischen Schlussfolgerungen gezogen. Die Arbeit soll unter einem betont praktischen Aspekt einen Beitrag zur Theorie der Schwefelgerbung liefern und zugleich eine Entscheidung darüber ermöglichen, ob die "alte" Schwefelgerbung in Kombination mit modernen Gerbverfahren erneutes Interesse für die Lederherstellung verdient oder nicht.