Wie die Spektralphotometrie neue Facetten in die Lederfärbetechniken einbringt

Das Färben von Leder ist sowohl eine Wissenschaft als auch eine Kunst. Bildquelle: Unsplash-Nutzer Radek Skrzypczak

Die Lederverarbeitung ist eine der ältesten und beständigsten Kunstformen der Menschheit. Sie begann mit der Entwicklung von Gerbverfahren, die es ermöglichten, Tierhäute in flexible, feste Materialien zu verwandeln. Mit der Ausweitung der Lederverarbeitungsmethoden, die eine breite Palette von Möglichkeiten zur ästhetischen Manipulation boten, wurde Leder sowohl wegen seines Aussehens als auch wegen seiner praktischen Verwendbarkeit geschätzt und fand bald in allen möglichen Bereichen Verwendung, von Schuhen über Werkzeuge bis hin zu Einrichtungsgegenständen und Kunstobjekten. Seit der Einführung intensiverer und kosteneffizienter synthetischer Alternativen zu natürlichen Farbstoffen können Lederwaren nun in einem virtuellen Regenbogen von Farben hergestellt werden, um die Bedürfnisse anspruchsvoller Verbraucher zu erfüllen. Moderne spektralphotometrische Messgeräte ermöglichen den Lederherstellern heute ein Höchstmaß an Farbqualitätskontrolle und spielen eine entscheidende Rolle bei der Bewertung neuer Technologien, die das Potenzial für eine konsistentere und präzisere Lederfärbung erweitern.

Die computergestützte Vorhersage von Rezepturen verbessert die Konsistenz der Lederfärbetechniken und erleichtert die Farbabstimmung zwischen den einzelnen Chargen, was eine nahtlose Integration unterschiedlicher Lederteile in ein einziges Produkt ermöglicht. Bildquelle: Unsplash-Benutzer Sean DuBois

Auf dem Weg zu vorhersagbaren Lederfärbetechniken

Bis vor kurzem war das Färben von Leder noch relativ speziell, unvorhersehbar und teuer und erforderte nicht nur eine umfangreiche Auswahl an Farbstoffen, sondern auch eine sorgfältige Formulierung, um sowohl das gewünschte Farbverhalten als auch den gewünschten Farbton zu erzielen. In den letzten Jahrzehnten haben Forscher jedoch neue Technologien entwickelt, die das Färben einfacher, konsistenter und wirtschaftlicher machen, indem sie die moderne Farbtheorie auf Lederfärbetechniken anwenden. Durch die Kombination von trichromatischem Färben mit der Vorhersage von Computerrezepten sind Färber in der Lage, praktisch jede Farbe mit nur drei Primärfarbstoffen zu erzeugen, was die Qualitätskontrolle verbessert und gleichzeitig die Material- und Arbeitskosten senkt. Wie Alois G. Puntener bemerkte:

Die konsequente Anwendung des neuen Färbeprinzips bringt nicht zu unterschätzende wirtschaftliche Vorteile mit sich. Mit wenigen Farbstoffen kann eine umfangreiche Farbpalette abgedeckt werden, ohne dass der Färber mit zu vielen Farbstoffarten und deren Eigenschaften vertraut sein muss. Dies reduziert nicht nur die Laborkosten für die Rezepturvorhersage, sondern auch die Kosten für die Farbstofflagerung. Ein weiterer Vorteil ist der mögliche Einsatz von computergesteuerten Dosiergeräten, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Fehlern und Ungenauigkeiten stark eingeschränkt werden kann.1

Die computergestützte Rezepturvorhersage selbst ist "die Vorhersage des spektralen Reflexionsgrads (und letztlich der Farbe) aus einer bestimmten Rezeptur von Farbmitteln". Mit Hilfe von Spektralphotometern können Färber die Genauigkeit dieser Vorhersagen durch eine ausgefeilte Spektralanalyse in Laborumgebungen und an der Produktionslinie bestätigen. Die heutigen vielseitigen Spektralphotometer sind in der Lage, sowohl im RSEX- als auch im RSIN-Modus präzise Messwerte zu liefern, und verfügen zudem über integrierte Höhenmessungsfunktionen, wodurch sie sich ideal für die Bewertung von Leder mit einer Reihe von natürlichen und künstlichen Texturen eignen, während sie dem Bediener die Flexibilität bieten, sowohl Farbe als auch Aussehen zu analysieren. Die Kombination von Computerrezepturvorhersage und fortschrittlichen kolorimetrischen Technologien bietet somit den besten Weg zur Qualitätssicherung.

Künstliche neuronale Netze bieten einen neuen Weg in der Lederfärberei, der die genaue Färbung sowohl neuer als auch altehrwürdiger Lederwaren erleichtert. Bildquelle: Pexels-Benutzer Kai Oberhäuser

Anwendung künstlicher neuronaler Netze auf die Vorhersage von Farbrezepten

Die meisten aktuellen Farbvorhersagetechnologien basieren auf der Kubelka-Monk-Theorie, einem iterativen Ansatz, der versucht, die Differenz zwischen dem Muster und den vorhergesagten Tristimuluswerten zu minimieren."2 Dieses Modell hat zwar die Möglichkeiten für eine konsistente, kosteneffiziente Lederfärbung im kommerziellen Maßstab erheblich erweitert, kann aber nicht auf alle Situationen angewendet werden. Daher experimentieren Forscher mit der Anwendung Künstlicher Neuronaler Netze (ANN) auf die Vorhersage von Farbrezepten, um die Grenzen der K-M-Theorie zu überwinden und die Formulierung von Lederfarbstoffen zu verbessern.

ANNs sind biologischen Prozessen nachempfunden und so konzipiert, dass sie mit der Zeit lernen, sich anzupassen und als Reaktion auf neue Informationen präziser zu werden. Stephen Westland vom Colour & Imaging Institute an der Universität Derby ist der Ansicht, dass die Einbeziehung dieser leistungsstarken Werkzeuge der Lederherstellungsindustrie ein höheres Maß an Kontrolle bietet und gleichzeitig die aufwändige Probenvorbereitung überflüssig macht. Um seine Hypothese zu testen, verwendete er ein kugelbasiertes Reflexionsspektralphotometer, um die Farbunterschiede zwischen den vorhergesagten und den tatsächlichen Reflexionsspektren von Proben zu berechnen, die mit K-M- und ANN-basierten Rezepten gefärbt wurden.3 Die Spektraldaten zeigten, dass ANNs in der Lage sind, genaue Farbvorhersagen zu machen, und dass sie das K-M-Modell sogar übertreffen.

Eine ähnliche Studie, die sich speziell auf die Lederfärbung konzentrierte, wurde letztes Jahr in Coloration Technology veröffentlicht und bestätigte, dass ANNs eine bessere Leistung als K-M-basierte Vorhersagen bieten. Durch die Mittelwertbildung von Proben, die mit d/8°-Instrumenten im RSEX-Modus analysiert wurden, fanden Forscher des Central Leather Research Institute und der BSA University in Chennai heraus, dass das ANN "zuverlässigere und konsistentere Ergebnisse ... insbesondere für ein Substrat wie Leder" liefert, das in der Vergangenheit für Unvorhersehbarkeiten anfällig war. Beide Studien stellen jedoch fest, dass "die ANNs mehr Trainingsmuster benötigten, um das K-M-Modell zu übertreffen", was ihre Verwendung bei der Lederfärbung in kleinen Chargen oder bei Herstellern mit häufigen Farbwechseln einschränken könnte.

HunterLab Innovation

Die Spektralphotometer von HunterLab sind in der gesamten Industrie für ihre außergewöhnliche Genauigkeit, Präzision und Flexibilität bekannt. Mit einer vollständigen Palette von tragbaren, Tisch- und Inline-Instrumenten haben wir das Werkzeug, das Forscher und Lederhersteller benötigen, um neue und bestehende Farbstofftechnologien sowohl im Labor als auch in der Fabrik zu bewerten. In Kombination mit unseren hochentwickelten Softwarepaketen haben Sie die Möglichkeit, Farbdaten zu sammeln, anzuzeigen und zu interpretieren. So können Sie spektrale Informationen leicht mit Prozessvariablen korrelieren und haben nahezu unbegrenzte Möglichkeiten für aussagekräftige Analysen. Kontaktieren Sie uns, um mehr über unsere Produktpalette und unseren erstklassigen Kundendienst zu erfahren und darüber, wie wir Ihnen helfen können, eine vollständige Farbqualitätskontrolle zu erreichen.