Gerben

mini|hochkant=1.2|Tafelrunde der Gerbermeister (17. Jh., Württemberg) mini|hochkant|Die Vorstufe des Kollagens, die Tropokollagene, mit ihren Quervernetzungen sind auf molekularer Ebene der zentrale Ort des Gerbens

Als Gerben wird die Verarbeitung von rohen Tierhäuten zu Leder bezeichnet. In einer Gerberei wird durch den Einsatz von Gerbstoffen das Hautgefüge stabilisiert und konserviert, wodurch Leder entsteht. Das Gerben ist eine der ältesten kulturellen Errungenschaften der Menschheit. Die ehemalige Berufsbezeichnung Gerber ist in Deutschland in der Ausbildung zur Fachkraft für Lederherstellung und Gerbereitechnik aufgegangen.

Aus der Perspektive der Chemie bedeutet die Lederherstellung eine gezielte Veränderung des Kollagenfasergerüstes, insbesondere der Dermis oder auch Corium genannt, mittels eingebrachter, die Struktur des Rohmaterials verändernder Substanzen, die zur Stabilisierung der Quervernetzungen des Kollagens führen.Günter Reich, Tilman Taeger: Vom Kollagen tierischer Häute zum Werkstoff Leder. Chemikalien für die Lederherstellung. In: Chemie in unserer Zeit, 2009, Band 43, S. 28–36; Volltext. (PDF; 1,2 MB) cup.lmu.de. In den Anfängen der Lederherstellung war es das Ziel, die tierische Haut, welche als Nebenprodukt etwa beim Erlegen von Jagdtieren anfiel, zu weiteren Produkten zu verwerten und umzuwandeln. Da das Rohmaterial Tierhaut jedoch hart und brüchig austrocknete oder durch Feuchtigkeit fäulnisgefährdet war, entwickelten Menschen im Laufe der Zeit Verfahren, die zu dem dauerhafteren Leder führten.

Zum Gerben und Veredeln von Pelzfellen siehe Pelzzurichtung und Pelzveredlung.

Eigenschaften von gegerbten Häuten Wesentliche Effekte einer Gerbung sind:Tony Covington: Tanning Chemistry, Kapitel 10: Tanning. Royal Society of Chemistry, Cambridge 2009, ISBN 978-0-85404-170-1, S. 195. Irreversible Bindung der Gerbstoffe an die Haut (mit Ausnahme der Alaungerbung) – irreversibel heißt, das Leder kann ohne Zerstörung nicht mehr vollständig in rohe Haut zurückverwandelt werden. Beständigkeit gegen natürliche Zersetzung durch Autolyse oder durch Mikroorganismen Lederartiges Auftrocknen (rohe Haut trocknet hornartig durchscheinend auf) Stark verminderte Quellung beim Einlegen in Wasser Hohe Beständigkeit beim Erhitzen im nassen Zustand (hohe Schrumpfungstemperatur); eine rohe Haut von Säugetieren beginnt beim Erhitzen in Wasser bei etwa 62 °C zu verleimen, was durch eine deutliche Schrumpfung erkennbar ist. Abhängig von der Gerbung kann Leder Schrumpfungstemperaturen von über 100 °C erreichen; man spricht dann von kochgarem Leder. Veränderung der Weichheit und Biegsamkeit: Leder ist weicher und biegsamer als getrocknete Haut Veränderung des Geruchs: Leder hat je nach Gerbart einen charakteristischen Geruch

Gegerbte Häute werden nach Verarbeitung durch eine Lederpflege vor weiteren Schäden (Oxidation, Hydrolyse, Knick- und Dehnungsbrüche, teilweise auch vor UV-Licht) geschützt.

Die Tierhaut mini|Querschnitt durch die Haut: Epidermis (oben und Mitte) und Dermis (unten)

Die Tierhaut ist das Ausgangsmaterial sowohl für Pergament als auch für die unterschiedlichen Arten von Leder. Sie besteht aus den drei Lagen Ober-, Leder- und Unterhaut. Obwohl die Haare mit ihren Wurzeln oft tief in der Lederhaut verankert sind, werden sie trotzdem von der Oberhaut gebildet. Die Oberhaut ist aus Zellen aufgebaut, während der Zellzwischenraum (extrazelluläre Matrix) hauptsächlich aus dem Protein Keratin besteht. Die Oberhaut wird meist chemisch aufgelöst, dieser Arbeitsschritt wird „Äscher“ genannt. Die Unterhaut, die aus lockerem, faserförmigem Gewebe aus Muskelzellen, Blutgefäßzellen und Fettzellen besteht, zwischen dem sich Kollagen befindet, wird vor der Weiterverarbeitung mechanisch entfernt (Entfleischen).

mini|TEM-Bild von Kollagenfasern Der restliche mittlere Teil setzt sich zusammen aus der dünnen Papillarschicht und der dicken Retikularschicht. Diese Schichten bestehen zu einem Drittel aus dem faserförmigen Protein Kollagen und zu circa 60 % aus Wasser. Die Papillarschicht hat ein dichteres, aber weniger verschlungenes Fasergefüge und bildet am fertigen Leder die glatte Oberfläche, die als Narben bezeichnet wird. Die Retikularschicht wird von gröberen Kollagenfasern gebildet, die stärker verschlungen sind. Sie ist für die mechanische Festigkeit der Haut und des Leders verantwortlich. Andere in der Lederhaut vorkommende Proteine wie Elastin, Blutbestandteile (Albumine und Globuline), zelluläre Proteine, Pigmente und Keratinreste aus der Oberhaut werden vor der eigentlichen Gerbung möglichst vollständig entfernt. Naturfette werden vor oder nach der Gerbung herausgelöst. Bei der Pelzzurichtung entfällt der chemische Prozess der Oberhaut- und Haarentfernung.

Die Lederhaut hat über die gesamte Fläche oft erhebliche Strukturunterschiede. Der Bereich am Rücken und am Hintern (Kruppe, Kern oder Croupon) ist bei den meisten Hautarten dichter und fester, während die Bauchseite und Achseln (Flämen) meist eine sehr lockere, weniger wertvolle Struktur aufweisen. Die Gerbung soll das möglichst ausgleichen und beim Trocknen das Verkleben der Kollagenfasern (Fibrillen) und das hornartige Auftrocknen verhindern. Neben der Isolierung werden die Fibrillen durch die Gerbstoffe über Querverbindungen vernetzt und stabilisiert, um die Formstabilität bei mechanischer Belastung zu erhöhen.

Arbeitsschritte in der Gerberei Überblick Grundsätzlich muss unterschieden werden, ob die Haut zu Leder ohne Haare (Ledergerbung) oder zu Leder mit Haaren (Pelzgerbung oder Pelzzurichtung) verarbeitet werden soll.

Bei der handwerklichen oder industriellen Ledergerbung sind folgende Schritte üblich: Weiche Hautaufschluss im Äscher (Enthaaren und Auflockerung des Hautfasergefüges) Entfleischen (mechanisches Entfernen des Unterhautbindegewebes) Spalten (bei dicken Häuten) Entkälkung Enzymatische Beize Entfettung (nur bei Hautarten mit viel Naturfett, z. B. Schwein, Schaf) Pickel (nur bei manchen Gerbarten; Vorbereitung auf die Gerbung (z. B. Chromgerbung) durch Sauerstellen der Haut) Gerbung Entwässern (Abwelken) Dickenregulierung (Falzen) Nasszurichtung (Bleichen, Nachgerben, Färben, Fetten) Ausrecken (Strecken und Entwässern) Trocknung Anfeuchten (Konditionieren) Weichmachen durch mechanische Bearbeitung (Stollen, Millen) Trocknen Trockenzurichtung (Oberflächenbehandlung)

mini|Pelzzurichter an der Dünnschneidemaschine

Die Pelzgerbung verläuft ähnlich: Weiche Entfleischen (mechanisches Entfernen des Unterhautbindegewebes) Wäsche – Entfettung Pickel Gerbung Fettung, eventuell Nachgerbung und Färbung Trocknung Anfeuchten (Konditionieren): Behandlung mit feuchten Sägespänen (Feuchtläutern) Weichmachen durch mechanische Bearbeitung (Stollen) Schleifen der Lederseite Trocknen Kämmen des Haarkleides Trockenläutern (Behandlung mit trockenem Holzmehl) Bügeln des Haarkleides

Ähnliche Arbeitsschritte gab es im Prinzip schon sehr lang. Im Vergleich mit historischen Gerbereien hat sich Folgendes geändert: Bis ins 19. Jahrhundert wurden die Nassprozesse in Gruben durchgeführt. Die Gefäße waren aus Holz. Die Häute wurden nur selten durchmischt, weil dies mühsame Handarbeit war. Dadurch waren die Prozesszeiten teilweise sehr lang. Die heute üblichen Arbeitsgefäße für die Nassprozesse sind das Gerbfass bei der Lederherstellung und die Haspel bei der Pelzzurichtung. In beiden Bereichen ist heute eine mehr oder weniger intensive Durchmischung und eine genaue Temperaturregelung möglich. Dadurch wurden die Prozesse wesentlich beschleunigt. Gefäße aus Edelstahl oder Kunststoff werden eingesetzt. Durch moderne Regel-, Steuer- und Dosiersysteme können einzelne Prozesse automatisch ablaufen.

Die Vorbereitung mini|Ein Gerber demonstriert das Entfleischen eines Schaffells mini|Der Lohgerber (aus Was willst du werden?, um 1880)

Nach dem Häuten werden die Rohhäute zunächst getrimmt (beschnitten, zugeschnitten). Dadurch werden Teile entfernt, die zur Lederherstellung nicht geeignet sind. Danach muss die Haut schnellstmöglich konserviert werden, um den organischen Verfall aufzuhalten und qualitative Schäden zu vermeiden. Dies geschieht meistens durch Salzen. In Regionen, wo die Entfernungen und die Lieferketten es zulassen, werden die Häute auch durch Kühlung kurzzeitkonserviert und damit auf Salz verzichtet. In manchen Regionen, in denen Salz knapp ist und es das Klima zulässt, werden Häute und Felle auch noch getrocknet.

Nach dem Transport durchläuft die Haut die Wasserwerkstatt, in deren Verlauf die nicht ledergebenden Bestandteile (Haare, Unterhautbindegewebe, Fett und unstrukturierte Eiweiße) entfernt werden.

Beim ersten Arbeitsgang, der Weiche, wird die Haut in Wasser eingelegt, damit sie gereinigt und auf den ursprünglichen, natürlichen Wassergehalt gebracht wird.

Anschließend wird sie zum Hautaufschluss (Entfernung der behaarten Oberhaut und zur Auflockerung des Fasergefüges) einige Stunden bis Tage in den Äscher eingelegt. Im traditionellen Verfahren verwendete man dafür meist nur Kalkmilch. Heute geschieht der Prozess meist im hochalkalischen Bereich mit Kalk und Sulfiden und/oder Enzymen, wodurch die Enthaarung wesentlich beschleunigt wird. Je intensiver der Hautaufschluss, desto weicher wird das fertige Leder. Die geweichte und enthaarte Haut wird als Blöße bezeichnet. Wird die Blöße lediglich luftgetrocknet führt dies zum Pergament.

Beim Entfleischen wird die Unterhaut mechanisch entfernt, so dass schließlich nur noch die Lederhaut übrig bleibt. Früher wurde das manuell am Gerberbaum durchgeführt – siehe Bild. Heute geschieht dies maschinell.

Beim Spalten wird die Lederhaut horizontal über die ganze Fläche einmal oder mehrmals durchgeschnitten. Man erhält den Narbenspalt mit der Papillarschicht und der Retikularschicht und den Fleischspalt, der nur aus Retikularschicht besteht (siehe Spaltleder).

Die beim Entfleischen anfallenden Abfälle und auch die minderwertigen Spaltstücke werden als Leimleder bezeichnet und werden zu Hautleim, Gelatine oder Hundekauartikeln verarbeitet.

Durch die starke alkalische Behandlung des Äschers quillt die Haut stark auf. Beim Entkälken werden die Äscherchemikalien aus der Haut entfernt, der pH-Wert wird weitgehend neutralisiert, und die Haut erhält ihren natürlichen Quellungszustand. Dadurch können die nachfolgenden Chemikalien und Gerbstoffe in die Haut eindringen.

Wenn man ein weiches Leder herstellen möchte, wird die sogenannte Blöße einer Beize mit Enzymen unterzogen. Rohware mit viel Naturfett erhält noch eine besondere Entfettung mit Tensiden.

Das Gerben mini|Traditionelle Gerberei und Färberei in Fès

Die bisher beschriebenen Arbeiten haben die Haut zwar chemisch und mechanisch verändert, sie liegt aber noch immer als natives Protein mit allen seinen nachteiligen Eigenschaften vor, mikrobiell abbaubar und ohne Quervernetzung. Deshalb folgt jetzt das Gerben. Der Gerbungsprozess besteht grundsätzlich aus drei Phasen: Entquellen des Kollagens, Eindringen und Durchdringen des Gerbextrakts, Bindung und Fixierung an die Hautfaser („Flottenauszehrung“).Günter Reich, Tilman Taeger: Vom Kollagen tierischer Häute zum Werkstoff Leder. Chemikalien für die Lederherstellung. In: Chemie in unserer Zeit, 2009, Band 43, S. 28–36, hier S. 29–30; Volltext (PDF; 1,2 MB) cup.lmu.de