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Waschmittel haben heutzutage eine Vielzahl an Anforderungen zu erfüllen. Qualitative Multifunktionalität wie das optimale Entfernen von Schmutz, größtmögliche Schonung des Gewebes so wie der Waschmaschine und Wasserenthärtung werden vorrausgesetzt. Sie beinhalten deshalb eine Vielzahl an Stoffen, die jeweils verschiedene Aufgaben zu erfüllen haben.
Die wichtigsten Substanzen werden im Folgenden näher erklärt.
§ Tenside
· Anionische Tenside weisen in der Regel Carboxylat-, Sulfat-, Sulfonat- oder Benzolsulfonat Gruppen im hydrophilen Teil des Tensids auf, welcher auch negativ geladen ist. Daraus resultieren:
a) Alkylcarboxylate (Seifen):
Seifen sind die ältesten Wasch- und Reinigungsmittel, bringen jedoch einige Nachteile mit sich:
- Wässrige Seifenlösung ist alkalisch, da Fettsäureanionen mit Wasser folgendermaßen reagieren:
Abb. 10.1:
Wässrige Seifenlösungen können leicht einen pH-Wert von über 9 annehmen und greifen dadurch viele Textilien und vor allem die Haut an. Zusätzlich wird durch häufiges Händewaschen mit Seife das Fett aus der Haut gelöst und diese trocknet aus.
- Beim Waschen in hartem Wasser verbinden sich die Calcium- oder Magnesiumionen mit den Seifenanionen zu Kalkseife, welche ein schwerlösliches Salz ist.
Abb. 11.1:
Hierbei werden Seifenanionen verbraucht und die Waschwirkung der Seifenlösung geht somit verloren. Durch Zusatz von einer genügend großen Menge an Seife kann zwar die Waschwirkung wieder hergestellt werden, jedoch stellt dies einen unwirtschaftlichen Verbrauch an Seife dar und belastet auch die Umwelt.
Außerdem lagert sich Kalkseife auf den Gewebefasern ab, wo die Kristalle der Kalkseife schließlich die Textilfasern zerschneiden. Das Gewebe vergraut, verfilzt und wird brüchig.
- In saurer Lösung bilden sich unlösliche Fettsäuren:
Abb. 11.2:
Mit Seife darf daher nie in saurem Wasser gewaschen werden.
b) Alkylsulfate (Fettalkoholsulfate = FAS):
Die Alkyl- bzw. Fettalkoholsulfate sind Schwefelsäurehalbester von Fettalkoholen und wurden bereits in den 30er Jahren in Feinwaschmitteln wie "Fewa" eingesetzt. Sie werden auch heute noch verwendet.
c) Alkansulfonate (AS):
Der Unterschied zu den Alkylsulfaten liegt hier in einer veränderten Anordnung der SO3 - Gruppe
d) Alkylbenzolsulfonate (ABS):
Der wichtigste Vertreter dieser Gruppe war bis zu den 60er Jahren das Tetrapropylbenzolsulfonat (TPS). Es hatte in den 50er Jahren die Seife als Tensid weitgehendst verdrängt. Jedoch fand man heraus, dass TPS im Abwasser nur schlecht abgebaut wird und wurde deshalb ab 1964 durch Alkylbenzolsulfat (ABS) abgelöst, welches seit Jahren das wichtigste Tensid in der Waschmittelchemie ist.
· Bei den kationischen Tensiden ist der hydrophile Teil des Tensides stickstoffhaltig und positiv geladen. Wegen ihrer positiven Ladung nennt man sie auch Invertseifen.
In der Waschmittelchemie werden kationische Tenside wegen ihrer Eigenschaft, sich wie ein Film auf die Fasern zu legen und die Oberfläche dadurch glatter erscheinen zu lassen, als Weichspüler verwendet Als waschaktive Substanz spielen sie keine Rolle, da die Säuberungswirkung unausreichend ist und sie sich außerdem mit anionischen Tensiden zu unlöslichen Salzen verbinden.
· Amphotere Tenside enthalten sowohl anionische wie auch kationische Gruppen im hydrophilen Molekülteil und verhalten sich demnach je nach pH-Wert wie Anion- oder Kationtenside. Sie sind unter anderem in Spezialwaschmitteln von Wäscherein enthalten
· Bei den nichtionischen Tensiden (Niotensiden) hat der hydrophile Molekülteil keine Ladung und enthält meist alkoholische Hydroxydgruppen oder Polyether. Die stark elektronegativen Sauerstoffatome tragen zur negativen Polarisierung des hydrophilen Teils bei, weshalb die Eigenschaften der nichtionischen Tenside denen der anionischen Tenside recht ähnlich sind.
Beispiele für nichtionische Tenside sind Fettalkoholpolyglycolether (AEO), Saccharosefettsäureester oder Alkylpolyglycoside (APG).
Niotenside haben gegenüber anionischen Tensiden die Vorteile, dass sie:
· weniger härtempfindlich als anionische Tenside
· hautfreundlicher
· nicht toxisch
· vollständig biologisch abbaubar
· und aus nachwachsenden Rohstoffen herstellbar
sind und werden daher möglicherweise die anionischen Tenside in naher Zukunft vom Markt verdrängen. Der einzige Nachteil liegt zur Zeit noch in den verhältnismäßig hohen Produktionskosten.
§ Enthärter
Enthärter sind ein wichtiger Bestandteil der Waschmittel, da diese Metallionen aus dem Wasser und dem Schmutz "entfernen". Ihre Aufgaben sind:
· Verhinderung von Gips- und Kalkablagerungen
· Verbesserung des Quellvermögens von organischem Schmutz
· Stabilisierung von Bleichmitteln
· Zerstreuung (Dispergierung) von Schmutz beruht jedoch weniger auf dem Entzug von Metallionen, als vielmehr auf der Tatsache, dass sich negativ geladene Triphosphationen auf der Oberfläche der Schmutzpartikel anlagern und sie somit negativ geladen sind. Sie stoßen sich nun von anderen negativ geladenen Schmutzpartikel sowie von negativ geladenen oder polarisierten Oberflächen ab.)
Die Wasserhärte
Wasser enthält mehr oder weniger große Mengen an Calcium- und Magnesiumsalzen. Hauptsächlich sind dies Carbonate und Sulfate. Daneben kommen auch noch andere Salze vor, die allerdings bei der Wasserhärte nicht von Bedeutung sind.
Je höher der Gehalt eines Wassers an Magnesiumcarbonaten und -sulfaten bzw. Calciumcarbonaten und -sulfaten, desto härter ist das Wasser, je geringer die Gehalte sind, desto weicher.
Man unterscheidet die Carbonathärte (temporäre Härte), die durch die Konzentration an Carbonationen (CO32-) bestimmt wird. Die Konzentration an Sulfat- (SO42-) und anderen Salzionen wird mit der permanenten Härte angegeben.
Carbonathärte und permanente Härte bilden die Gesamthärte, welche bei uns in dGH (deutsche Gesamthärte) gemessen wird. Die Angabe der Gesamthärte erfolgt in ºdH.
Härtestufen dH:
0-4º dH: sehr weich
4-8º dH: weich
8-14º dH: mittelhart
14-30º dH: hart
>30º dH: sehr hart
Die Ablagerungen auf den Heizstäben sind auf die Bildung von schwerlöslichen Metallcarbonaten, auch Kesselstein genannt, zurückzuführen.
In hartem Wasser sind Hydrogencarbonationen enthalten, welche beim Erhitzen des Wassers zusammen mit den Ca2+ bzw. Mg2+ -Ionen ein schwerlösliches Salz (Kesselstein) bilden.
2 HCO3- + Ca2+ → CaCO3 + H2CO3
Die Kohlensäure zerfällt in Kohlendioxid und Wasser.
Die Ca2+ und Mg2+ -Ionen können aber auch, wie bereits im Punkt Nachteile der Alkylcarboxylate erwähnt, mit der in Waschmitteln enthaltenen Seife Kalkseife bilden. Diese lagert sich auf dem Gewebe an und führt mit der Zeit zur Vergrauung und Verfilzung des Gewebes, da die kristallförmige Struktur die Fasern "zerschneidet".
Moderne Waschmittel enthalten daher die sogenannten Wasserenthärter. Wasserenthärter binden die Ca2+ und Mg2+ -Ionen und halten diese während des Waschvorganges in Lösung.
Nachfolgend sind die wichtigsten phosphathältigen und phosphatfreien Enthärter angeführt:
Phosphathaltige Enthärter:
Phosphate sind starke Wasserenthärter bei allen gängigen Waschtemperaturen. Ihr großer Nachteil ist der Düngereffekt der bei der Entsorgung eintritt. Durch die phosphathaltigen Abwässer wurden die Seen überdüngt und es kam zur Eutrophierung:
Durch die großen Mengen an Phosphaten setzt ein Massenwachstum von Algen ein, welche das Wasser trüben, so dass nach einiger Zeit nur noch in der oberflächennahen Schicht genügend Licht für die Photosynthese vorhanden ist. Die Algen in den tieferen Schichten sterben ab und werden zersetzt. Diese Zersetzungsprozesse verbrauchen jedoch große Mengen an Sauerstoff. Dies führt zu Fäulnis und Bildung toxischer Stoffe, was wiederum das Sterben von Tieren und Fischen zur Folge hat. Das Gewässer "kippt um".
Aus diesem Grund wurde in vielen Ländern eine Phosphathöchstmengenordnung oder gar ein Verbot erlassen.
Natriumtriphosphat:
Sein Vorteil ist die schnelle Bindung von Calcium-Ionen, die den Hauptteil der Wasserhärte ausmachen. Natriumtriphosphat hat auch dispergierende Eigenschaften und unterstützt damit den Reinigungsvorgang. Außerdem ist es ungiftig. Der wesentliche Nachteil dieser Verbindung ist der Düngereffekt, der zur Eutrophierung (siehe oben) von Gewässern führt.
Phosphonate:
Phosphonat trägt zwar wie Natriumtriphosphat zur Eutrophierung bei, jedoch in deutlich geringerem Maße, da es einen weitaus niedrigeren Phosphorgehalt und außerdem eine etwa 3 mal so hohe Metallionenbindungskapazität hat.
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