Waschmittelchemie(David Averdung

Waschmittel/Zeolithe
Von David Averdung und Michael
Gaupel
Inhalt der Präsentation
1.Geschichte der Waschmittel
2. Inhaltstoffe eines Waschmittels
3. Wirkungsweise eines Waschmittels
4. Nachteile von
Waschmitteln/Umweltbelastung
5. Herstellung von Waschmitteln
6. Quellenangabe
1. Geschichte der Waschmittel
Das älteste uns bekannte Seifenrezept ist von 3000 vor Christus und steht
auf einer sumerisch Keilschrifttafel
Den Ägyptern war damals schon Seife in ihrer heutigen Zusammensetzung
bekannt
Pottasche wurden von den Römern und Griechen zur Reinigung der
Wäsche benutzt
Später beherrschten die Germanen die Kunst der Seifen Herstellung
Im 19 Jahrhundert wurde Seife immer gefragter
1878: wurde die Bleichsoda eingeführt (Soda+ Natriumsilicat)
1907: erstes Vollwaschmittel aus (Soda+ Natriumsilicat+ Natriumperborat+
Seife) bekannt unter dem Namen Persil
1933: Feinwaschmittel Fewa (Natriummonoakylsulfat)
Heute: Universalwaschmittel
Inhaltsstoffe eines Waschmittels
Waschmittel sind heutzutage immer Gemische
aus Waschaktiver Substanzen und einer Reihe
von Zusatzstoffen.
Das wichtigste bei den Waschmitteln sind die
Waschaktiven Substanzen wie Tenside bzw.
Detergentien
Die Zusatzstoffe in den Waschmitteln sind:
Waschenzyme, optische Aufheller, Bleichmittel,
Schaumregulatoren und Enthärter
Tenside
lateinisch: tendere, Tensum >spannen<
früher auch Detergentien genannt (lat. Detergere: reinigen)
Bezeichnung für Verbindungen, welche die Grenzflächenspannung des
Wassers herabsetzen bzw. zerstören grenzflächenaktive Stoffe
sie stabilisieren Emulsionen und begünstigen die Bildung von
Suspensionen
Tenside lassen sich nach ihrem Aufbau in ionische und nichtionische
Tenside einteilen. Zu den ionogenen Tensiden(sind
geladen) gehören Anionentenside, Kationentenside und
amphotere Tenside (Zwitter- Ion)
Anlagerung des hydrophoben Molekülteils anden Schmutzstoffen
hydrophiler Molekülteil sorgt für wasserlöslichkeit
erfüllt die funktionen eines Lösungsmittels
anionische Tenside zerfallen bilden negative Ionen aus
nichtionische Tenside zerfallen nicht
Veranschaulichung
hydrophiler Teil: ähnelt in seiner Struktur
einem wasserlöslichem Salz, Carboxylat
bzw.Sulfanatgruppen, die sich in Wasser
löst
hydrophober Teil: linearer, verzweigter
oder zyklischer Kohlenwasserstoffrest
(wasserunlöslich)
Einteilung in Tensidklassen
Enthärter
Ca2+ und Mg2+- Ionen des Wassers behindern die
Waschwirkung
Natriumphosphat als Enthärter
Wirkung: Bildung eines stabilen, wasserlöslichen
CalciumKomplexes Problem: Phosphatgehalt im Wasser
Herabsetzen der Wasserhärte auf Prinzip der Ionenaustauscher
Effekt: Schutz der Textilien vor Calcium- und Magnesiumsalzen
beim trocknen
Phosphatersatzstoff, spezielle Natriumalumosilicate: Zeolithe
Zeolithe A (Sasil) ist der Standard und besonders als Enthärter
geeignet
Alumosilicate wirken als Ionentauscher:
Zeolithe
Griech.: zein = kochen lithos = Stein
1756 vom schwed. Mineralogen Cronsted eingeführt
Gruppe von Mineralien, wasserhaltige Alkali- bzw. ErdalkaliAlumosilicate
Aufbau: 2M/zO * Al2O3 * x SiO2 * y H2O
Kristallgitter aus Sauerstoff-Brücken verknüpften SiO4 und AlO4
Tetraedern räumliche Anordunug gleichgebauter Hohlräume, die
über Fenster bzw. Kanäle zugänglich sind.
Einteilung: Faser-, Blätter- und Würfel- Zeolithe
Vorkommen: Vulkangestein, Tuff- haltige Ablagerungen
Herstellung: Reinigung von natürlichen Zeolithen
Rekristallisation des natürlichen Materials
Synthese aus SiO2 und Al2O3 haltigen Substanzen
Verwendung/Herstellung
Ionenaustauscher in Waschmitteln
Füllstoff
Filter
Als Katalysator in Raffinerieprozessen
Zur Isolierung und Trocknung
Reinigen von natürlichen Zeolithen
(überwiegend Vulkangestein)
Rekristallisation des natürlichen Materials (aus
primär Gesteinsbindenden Mineralien)
Synthetische Herstellung
Cobuilder
unterstützen die Wirkung von Zeolithe
große Bedeutung: Polycarboxylate (Natriumpolycarboxylat)
verhindern Fällung schwerlöslicher Erdalkalisalze, indem sie
Kristallisationsprozess durch Absorption an Kristallkeimen stören
→Kristallwachstum während des Waschvorgangs wird
verhindert →Vermeidung von Niederschlag auf Heizstäben
Threshold- Wirkung
wirken gleichzeitig als Komplexbildner und als Carrier
→nehmen Ca- und Mg- Ionen auf und geben sie an
Ionentauscher Zeolithe weiter
Alkali (Soda, Na2CO3)
setzt pH- Wert auf 10- 11 für möglichst gute
Schmutzentfernung
Bleichmittel
Als Bleichmittel werden Natriumperborat und Natriumpercarbonat
verwendet
Oxidative Entfernung farbiger Verunreinigungen und Mittel gegen
Faservergrauung
Natriumperborat NaBO2* H2O2
beim bleichen werden die konjungierten p- Elektronensysteme
chromopher Verbindungen oxidativ zerstört
Im alkalischen Milieu der Waschflotte reagiert das Wasserstoffperoxid
zu Perhydroxyl-Ionen. Die Perhydroxyl-Ionen und der aus ihrem
Zerfall entstehende atomare (nascierende) Sauerstoff sind die
eigentlichen Oxidationsmittel.
Durch die Oxidation der Farbstoffmoleküle werden die Farbstoffflecken
aus den Textilien entfernt. Neuerdings wird Natriumperborat auch
eingesetzt, um ein Verfärben der Wäsche zu verhindern
Waschmittelenzyme
zur Entfernung bestimmter Schmutzarten (z.B.
Blutflecken,
Kakao und anderer Eiweißstoffe)
sind nur bis 60 °C wirksam (Einweichen,
Vorwäsche) Makromoleküle werden gespalten
durch:
Proteasen zerlegen Eiweiß
Amylasen katalysieren Hydrolyse von
Polysacchariden (Stärkeabbau)
Lipasen spalten Fett
Cellulasen glätten Baumwollfasern
Optische Aufheller
organ. Substanzen, die in Lösungen oder auf
einem Substrat UV- Licht absorbieren und den
größten Teil der absorbierten Energie als blaues
Fluoreszenzlicht (400 - 500 nm) wieder
emittieren
optische Aufheller kompensieren farblich den
Gelbstich von Textilien und bewirken durch
Additive Wirkung „strahlendes Weiß“
„Gelbstich“ der Wäsche durch Abbauprodukte
farbiger Verunreinigungen, die blaues Licht
absorbieren
Stellmittel
Natriumsulfat Na2SO4
begünstigen Rieselfähigkeit der Pulver
und verhindern die Bildung von Klumpen
und Staub
Duftstoffe
sollen bei der Wäsche möglicherweise
entstehenden Laugengeruch überdecke
Schaumregulatoren/
Schaumhemmer
müssen vor allem bei Anwendung in Waschmaschinen
im Waschmittel vorhanden sein
früher langkettige Seifen mit 20- 22 C- Atomen im Rest
(Behenate, z.B. Behensäure mit 21 C- Atomen im Rest)
Heute werden geringe Anteile an n- Paraffinen oder
spezielle Silicone eingesetzt
Farbübertragungsinhibitoren/
Farbstoffe
verhindern das Übertragen von, beim Waschvorgang
abgelösten Farbstoffen auf andere Textilien
Farbstoffe geben dem Waschmittel seine Farbe
Korresionsinhibatoren
Magnesium- und Natriumsilikate
Verhindern die Korrosion von Metallteilen der
Waschmaschine
Vergrauungsinhibitoren
Schmutzträger: verhindern die Wiederanlagerung des
gelösten Schmutzes auf der Wäsche
Beispiele: Polyamide für Kunstfasern
Carboxymethylcellulose für Baumwolle
Stabilisatoren
Schützen Bleichmittel vor Zerfall, denn diese
werden bei Schwermetallspuren einer
unkontrollierten und zu schnellen
Sauerstoffabgabe unterworfen. Stabilisatoren
drängen Zersetzung zurück
Magnesimsilikat, Phosphate, Cellulose
Weichspüler
ziehen auf die Fasern auf Wäsche wird flauschig
Wasser
Als Hilfsstoff für flüssige Waschmittel
Wirkungsweise eines Waschmittels
Waschwirkung der Tenside
Erniedrigung der Grenz- und Oberflächenspannung des Wassers
und damit Erhöhung des Benetzungsvermögens der Flüssigkeit
Die Schmutzpartikel werden durch Zuwenden der unpolaren
Alkylreste an den hydrophoben Schmutz von den Tensidmolekülen
umhüllt
An der Grenze zwischen Schmutzteilchen und Fasern bildet sich
eine gleichsinnig geladene hydrophile Schicht aus, die zu einer
elektrostatischen Abstoßung zwischen Schmutz und Faser führt.
Fasern mit polaren Gruppen neigen dazu OH- Ionen über
Wasserstoffbrücken zu binden; folglich werden Fasermoleküle –
geladen, was die Schmutzablösung begünstigt.
Thermische Bewegung der Waschflüssigkeit begünstigt Ablösung
und Zerkleinerung des Schmutzes, es entsteht eine haltbare
Emulsion oder Suspension.
Nachteile von
Waschmitteln/Umweltbelastung
Problem durch verzweigtes Tensid: Tetrapropylenbenzolsulfonat
Jährlicher Verbrauch an Waschmitteln (Weichspülern, Reinigungsmitteln):
1 Million Tonnen
früher hauptsächlicher Einsatz von dem Tensid:
Tetrapropylenbenzolsulfonat (verzweigte Molekülstruktur) → bedrohlicher
Anstieg der Tensidkonzentration schwere Abbaubarkeit von MO durch
verzweigte Molekülstruktur dieser Tenside und daher Schaumberge auf
Flüssen und Seen
1964 Detergentiengesetz, wobei Auflage wurde, dass 80% der
Tensidkonzentration biologisch abgebaut werden konnte
Lösung: synthetische unverzweigte Tenside, z.B. Alkylbenzolsulfonate
Problem durch Phosphate
70er Jahren brachten die Phosphate erneut die Waschmittel in die
Schlagzeilen, und der Begriff der Eutrophierung war in aller Munde
1980 → Phosphathöchstmengen-VO, Auflage bis 1984 um 50% zu senken
Stand heute: phosphatfreie Waschmittel
Umweltprobleme durch
Waschmittel
Nahezu alle Wasch-und Reinigungsmittel gelangen, nachdem sie
ihre Aufgabe erfüllt haben, ins Abwasser. Sie besitzen dann noch
immer die Funktion, die sie im Waschmittel besaßen.Tenside sind
noch grenzflächenaktiv, Builder binden die verschiedenen
Metallionen und Proteasen hydrolysieren Proteine. In
toxikologischer Hinsicht sind anionische und nichtionische Tenside
in Wasch- und Reinigungsmitteln für den Menschen im Alltag kein
Problem. Sie wirken aber- insbesondere die kationischen Tensideauf Wasserorganismen z. T. giftig. Vor allem Fische sind sehr
empfindlich, wobei in erster Linie die Kiemen geschädigt werden.
Um die Umwelt zu schützen, sollten unnötige Inhaltsstoffe und
solche, die eine direkte gesundheitliche Gefährdung bewirken
möglichst vermieden werden. Dazu gehören kationische Tenside,
Weißtöner, Duft- und Farbstoffe. Stellmittel und Enzyme sollten auf
ein Minimum beschränkt bleiben, aber auch sparsamer Umgang mit
Wasch- und Reinigungsmitteln bringt eine spürbare Entlastung der
Umwelt.
Waschmittelherstellung
Waschmittelherstellung
Quellenangabe
R. Grießhammer, Chemie im Haushalt, Herausgegeben
von Öko- Institut Freiburg, Katalyse Umweltgruppe,
Verein für Umwelt- und Arbeitsschutz, Bund für Umwelt
und Naturschutz Deutschland e.V. (BUND)), Rowohlt
Verlag, 1984 Hamburg
Microsoft Encarta Enzyklopädie 2002
http://www.wikipedia.org
http://www.chemieunterricht.de/dc2/haus/tenside.html
Mortimer, Müller, Chemie, Teubner-Verlag
A.F. Hollemann, N. Wiberg, Lehrbuch der
Anorganischen Chemie, Walter de Gruyter, 102.
Auflage, 2007
Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit