Untersuchungen zur Atmosphärendruck-Plasmabehandlung von Leder im Dry-Blue und Dry-White Zustand zur Erhöhung der Reaktionsfähigkeit gegenüber Fetten und Farbstoffen und Verbesserung des Haftvermögens von Veredlungsschichten

Das Forschungsvorhaben wurde aus Haushaltmitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e. V. (AiF) gefördert. Federführende AiF-Forschungsvereinigung war die Forschungsgemeinschaft Leder e. V..

 

Im Forschungsvorhaben wurden Plasmaprozesse, die für die Behandlung von Kunststoffen bekannt sind, für die Modifizierung von Lederoberflächen erprobt. Die Untersuchungen erfolgten sowohl auf chromgegerbten als auch auf dialdehydgegerbten und pflanzlichgegerbten Ledern. Die Arbeiten wurden in zwei Forschungsstellen vorgenommen. Die Forschungsstelle 1, Forschungsinstitut für Leder und Kunststoffbahnen (FILK), führte die Lederprozesse wie Gerbung, Färbung und Fettung durch und untersuchte die plasmamodifizierten Leder auf ihre Eigenschaften. Die Forschungsstelle 2, Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST), optimierte die Plasmaprozesse bei Atmosphärendruck für die Ledermatrix. Die am IST durchgeführten Plasmamodifizierungs- und Beschichtungsprozesse wurden überwiegend in einer Anlage mit der Bezeichnung DBD 2 durchgeführt. Sie eignet sich sowohl für Modifizierungs- als auch für Beschichtungsprozesse. Die Anlage enthält zwei Hochspannungselektroden mit rechteckigem Querschnitt, die jeweils mit einer Aluminiumoxid-Keramik als dielektrische Barriere bedeckt sind. Die Elektroden waren im Abstand von ca. 2 mm über einer geerdeten Gegegenelektrode angebracht. Die Entladung wurde mit einem Mittelfrequenzgenerator mit Elektrodenspannungen von ca. 10-20 kV bei Frequenzen zwischen 35-40 kHz vorgenommen. Der Prozess wurde mit und ohne Pulsung durchgeführt. Problematisch bei Leder ist die Ungleichmäßigkeit der Oberfläche, die große Porosität sowie ein hoher Wassergehalt von mindestens 12 %. Erschwerend für die Prozessführung sind die schwankende Dicke des Leders sowie eine Welligkeit der Oberfläche, die für einen störungsfreien Entladungsprozess ebenfalls hinderlich ist. Die Plasmabehandlungen zeigten, dass es möglich ist, die Prozesse sowohl für die Modifizierung als auch für die Beschichtung einzusetzen. Eine Trocknung der Leder auf einen Wassergehalt < 12% ist für die Prozessführung nicht erforderlich. Erst bei Wassergehalten > 30 % tritt bei der Barrierenentladung eine störende Filamentierung, teilweise mit "heißen" Entladungen, auf. Modifizierung der Lederoberfläche durch Einwirkung von Prozessgasen während der Barriereentladung Die Modifizierung ist sowohl bei dialdehyd- (White Leder) als auch bei chromgegerbten Ledern (Blue Leder) möglich. Ein erhöhter Wassergehalt hat auf die Höhe der Polarisierung einen positiven Effekt. Chrom- und glutardialdehydgegerbte Leder verhalten sich bei der Modifizierung sehr unterschiedlich. Je nach der eingesetzten Prozessgasart ist eine Erhöhung oder Verringerung der Polarität zu verzeichnen. Bei intensiver Behandlung (lange Verweilzeit oder hohe Leistung) tritt eine Schädigung der Papillarschicht ein. Mit synthetischer Luft kann die höchste Polarisierung erreicht werden und mit einem Gemisch aus Ammoniak/Stickstoff bzw. Stickstoff allein wird die Polarität am stärksten verringert. Dadurch wird die Ankopplung von Farbstoffen und Fetten verbessert. Dies äußert sich in intensiveren Oberflächenfärbungen sowie erhöhten Fettgehalten. Dünnstbeschichtung mit siliciumorganischen Verbindungen Mittels Barrierenentladungen und bei Verwendung von Prozessgasen mit geeigneten schichtbildenden Substanzen können die Leder auch beschichtet werden. REM-Aufnahmen zeigen, dass die Lederoberfläche und zum Teil die Innenwände der Poren gleichmäßig beschichtet werden. Das Schichtwachstum wird sowohl von der Art des eingesetzten Prekursors als auch von der angewendeten Leistung des Entladungsprozesses bestimmt. Je nach Prozessführung (mit oder ohne Sauerstoffzuführung) werden bei Verwendung siliciumorganischer Verbindungen hydrophile oder hydrophobe Schichten abgeschieden, die über eine sehr gute Wasserdampfdurchlässigkeit verfügen. Gleichzeitig wird die Reibechtheit verbessert und die Anschmutzbarkeit verringert. Bei der Abscheidung hydrophober Schichten wird der Hydrophobierungsgrad stark erhöht. Einschätzung der Realisierung der Zielstellung Die Arbeiten sind die ersten umfangreichen und systematischen Untersuchungen zur Modifizierung von Lederoberflächen mittels Atmosphärendruckplasmaverfahren. Die Ziele des Vorhabens, nämlich die Modifizierung von Lederoberflächen zur Verbesserung der Ankopplung von Farbstoffen und Fetten, die Verbesserung des Haftvermögens von Zurichtschichten sowie die Dünnstbeschichtung zur Erzielung von Oberflächenfunktionalitäten, wurden erreicht. <link>Bericht anfragen