Waschmittel

Ein Reinigungsmittel ist ein Produkt, das neben Tensiden weitere Bestandteile enthält. ^{[ 1 ]} Tenside sind die Hauptbestandteile von Reinigungsmitteln und dienen dazu, hydrophobe Fette oder Schmutz durch Dispergieren in Wasser zu entfernen. Häufig enthalten sie außerdem Wasser (zur besseren Anwendung), Builder (zur Wasserenthärtung), Enzyme (zum Abbau von Proteinen, Fetten oder Stärke) sowie Farbstoffe oder Duftstoffe (zur Verbesserung des Hautgefühls).

Gängige Tenside in Waschmitteln sind Alkylbenzolsulfonate . Dabei handelt es sich um seifenartige Verbindungen, die in hartem Wasser besser löslich sind als Seife , da das polare Sulfonat weniger wahrscheinlich als das polare Carboxylat der Seife an Calcium und andere im harten Wasser vorkommende Ionen bindet.

Das Wort „Detergens“ leitet sich vom lateinischen Adjektiv „detergens“ ab , das wiederum vom Verb „detergere“ stammt und „abwischen“ oder „polieren“ bedeutet. Ein Detergens kann als Tensid oder Tensidgemisch mit reinigenden Eigenschaften in verdünnter Lösung definiert werden . ^{[ 1 ]} Üblicherweise bezeichnet der Begriff „Detergens“ jedoch synthetische Reinigungssubstanzen im Gegensatz zu Seife (einem Salz der natürlichen Fettsäure ), obwohl Seife im eigentlichen Sinne ebenfalls ein Detergens ist. ^{[ 2 ]} Im Haushaltsgebrauch bezieht sich der Begriff „Detergens“ auf Haushaltsreinigungsmittel wie Waschmittel oder Geschirrspülmittel , die in Wirklichkeit komplexe Gemische verschiedener Verbindungen sind, von denen nicht alle selbst Detergenzien sind. Die Reinigungswirkung ist die Fähigkeit, unerwünschte Substanzen, sogenannte „Verschmutzungen“, von einem Substrat (z. B. Kleidung) zu entfernen. ^{[ 3 ]}

Reinigungsmittel sind formulierte Produkte zur Reinigung, d. h. Mischungen aus verschiedenen chemischen Komponenten, die so ausgewählt und gemischt werden, dass eine gute Reinigungsleistung und die Zufriedenheit des Anwenders erreicht werden. Reinigungsmittel enthalten ein oder mehrere Tenside als Hauptwirkstoff, üblicherweise zusammen mit Wasser und Hilfsstoffen (z. B. Buildern, Enzymen).

Tenside sind eine Gruppe von Verbindungen mit amphiphiler Struktur. Jedes Molekül besitzt einen hydrophilen (polaren) Kopf und einen langen hydrophoben (unpolaren) Schwanz. Der hydrophobe Teil dieser Moleküle kann aus geradkettigen oder verzweigten Kohlenwasserstoffen bestehen oder eine Steroidstruktur aufweisen . Der hydrophile Teil ist vielfältiger; er kann ionisch oder nichtionisch sein und von einfachen bis hin zu relativ komplexen Strukturen reichen. ^{[ 4 ]} Tenside werden so genannt, weil sie die Oberflächenspannung von Wasser verringern . Ihre duale Natur erleichtert das Mischen hydrophober Verbindungen (wie Öl und Fett) mit Wasser. Da Luft nicht hydrophil ist, wirken Tenside in unterschiedlichem Maße auch als Schaumbildner .

Tensidmoleküle aggregieren zu Mizellen und werden dadurch wasserlöslich. Die hydrophobe Gruppe des Tensids ist die Haupttriebkraft der Mizellenbildung; ihre Aggregation bildet den hydrophoben Kern der Mizellen. Die Mizellen können Fett, Proteine ​​oder Schmutzpartikel entfernen. Die Konzentration, bei der sich Mizellen zu bilden beginnen, ist die kritische Mizellenkonzentration (CMC). Die Temperatur, bei der die Mizellen weiter aggregieren und die Lösung in zwei Phasen trennen, ist der Trübungspunkt. An diesem Punkt trübt sich die Lösung ein, und die Reinigungswirkung ist optimal. ^{[ 4 ]}

Viele Detergenzien wirken in einem alkalischen pH-Bereich besser . Die Eigenschaften von Detergenzien hängen von der Molekularstruktur des Monomers ab . Die Schaumbildungsfähigkeit kann durch die Kopfgruppe bestimmt werden; beispielsweise schäumen anionische Tenside stark, während nichtionische Tenside nicht oder nur schwach schäumen. ^{[ 5 ]}

Tenside werden je nach ihrer elektrischen Ladung in vier große Gruppen eingeteilt. ^{[ 6 ]}

Typische anionische Tenside sind Alkylbenzolsulfonate . Der Alkylbenzolrest dieser Anionen ist lipophil , der Sulfonatrest hydrophil . Zwei Varianten haben sich durchgesetzt: solche mit verzweigten und solche mit linearen Alkylgruppen. Erstere wurden in wirtschaftlich fortgeschrittenen Gesellschaften weitgehend aus dem Verkehr gezogen, da sie schlecht biologisch abbaubar sind. ^{[ 7 ]} Anionische Tenside sind die gebräuchlichste Tensidart; schätzungsweise 6 Milliarden Kilogramm werden jährlich für den Inlandsmarkt produziert.

Gallensäuren wie beispielsweise Desoxycholsäure (DOC) sind anionische Tenside, die von der Leber produziert werden, um die Verdauung und Absorption von Fetten und Ölen zu unterstützen.

Kationische Tenside ähneln anionischen, jedoch wird die hydrophile anionische Sulfonatgruppe durch ein quaternäres Ammoniumion ersetzt. Das Ammoniumsulfatzentrum ist positiv geladen. ^{[ 7 ]} Kationische Tenside weisen im Allgemeinen eine geringe Reinigungswirkung auf.

Nichtionische Tenside zeichnen sich durch ihre ungeladenen, hydrophilen Kopfgruppen aus. Typische nichtionische Tenside basieren auf Polyoxyethylen oder einem Glykosid . Gängige Beispiele für Polyoxyethylen sind Tween , Triton und die Brij-Serie. Diese Stoffe sind auch als Ethoxylate oder PEGylate bekannt, ebenso wie ihre Metaboliten Nonylphenol . Glykoside besitzen einen Zucker als ungeladene, hydrophile Kopfgruppe. Beispiele hierfür sind Octylthioglucosid und Maltoside . Tenside der HEGA- und MEGA-Serie sind ähnlich aufgebaut und besitzen einen Zuckeralkohol als Kopfgruppe.

Amphotere oder zwitterionische Tenside besitzen Zwitterionen in einem bestimmten pH-Bereich und weisen aufgrund der gleichen Anzahl an einfach (+1) und einfach (−1) geladenen chemischen Gruppen eine Nettoladung von Null auf. Beispiele hierfür sind CHAPS .

Seife wurde bekanntermaßen bereits in der sumerischen Zeit um 2500 v. Chr. als Tensid zum Waschen von Kleidung verwendet ^{[ 8 ].} Im alten Ägypten wurde Soda als Waschmittelzusatz verwendet.

Im 19. Jahrhundert begann man mit der Herstellung synthetischer Tenside, beispielsweise aus Olivenöl. ^{[ 9 ]} Natriumsilikat (Wasserglas) wurde in den USA in den 1860er Jahren zur Seifenherstellung verwendet. ^{[ 10 ]} 1876 brachte Henkel in Deutschland ein Produkt auf Natriumsilikatbasis auf den Markt, das mit Seife kombiniert und als „Universalwaschmittel“ vermarktet wurde . Anschließend wurde Natriumsilikat mit Soda vermischt, um Deutschlands erstes Markenwaschmittel Bleichsoda herzustellen. ^{[ 11 ]} 1907 fügte Henkel außerdem das Bleichmittel Natriumperborat hinzu und brachte mit Persil das erste „selbstwirkende“ Waschmittel auf den Markt, das das mühsame Reiben der Wäsche von Hand überflüssig machte. ^{[ 12 ]}

Während des Ersten Weltkriegs herrschte ein Mangel an Ölen und Fetten, die zur Seifenherstellung benötigt wurden. Um Alternativen zu Seife zu finden, stellten Chemiker in Deutschland synthetische Waschmittel aus Steinkohlenteer her . ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 9 ]} Diese frühen Produkte boten jedoch keine ausreichende Waschwirkung.

1928 wurde durch Sulfatierung von Fettalkoholen ein wirksames Waschmittel hergestellt , eine großtechnische Produktion war jedoch erst mit der Verfügbarkeit kostengünstiger Fettalkohole Anfang der 1930er Jahre möglich. ^{[ 15 ]} Das so entstandene synthetische Waschmittel war in hartem Wasser wirksamer und bildete weniger Rückstände als Seife. Zudem konnte es Säure- und Laugenreaktionen unterbinden und Schmutz lösen. Kommerzielle Waschmittel mit Fettalkoholsulfaten kamen ab 1932 in Deutschland, zunächst durch Henkel , auf den Markt . ^{[ 15 ]}

In den Vereinigten Staaten wurden 1933 von Procter & Gamble ( Dreft ) Waschmittel vorwiegend in Gebieten mit hartem Wasser verkauft. ^{[ 14 ]} Der Absatz in den USA wuchs jedoch erst langsam, nachdem Anfang der 1940er-Jahre sogenannte „Builder“-Waschmittel mit einem wirksamen Phosphat-Builder entwickelt worden waren. ^{[ 14 ]} Der Builder verbessert die Wirkung der Tenside, indem er das Wasser durch die Chelatisierung von Calcium- und Magnesiumionen enthärtet, einen alkalischen pH-Wert aufrechterhält und Schmutzpartikel dispergiert und in Lösung hält. ^{[ 16 ]} Die Entwicklung der petrochemischen Industrie nach dem Zweiten Weltkrieg lieferte zudem Rohstoffe für die Herstellung einer Reihe synthetischer Tenside, wobei Alkylbenzolsulfonate zu den wichtigsten verwendeten Tensiden in Waschmitteln wurden. ^{[ 17 ]} In den 1950er-Jahren hatten sich Waschmittel weit verbreitet und Seife in den Industrieländern weitgehend als Waschmittel ersetzt. ^{[ 15 ]}

Im Laufe der Jahre wurden zahlreiche Waschmittel für verschiedene Zwecke entwickelt, beispielsweise schaumarme Waschmittel für Frontlader-Waschmaschinen, hochwirksame Waschmittel zur Entfernung von Fett und Schmutz, Allzweck- und Spezialwaschmittel. ^{[ 14 ] [ 18 ]} Sie finden auch in anderen Produkten Verwendung, beispielsweise in Geschirrspülmitteln , Shampoos, Zahnpasta, Industriereinigern sowie in Schmierstoffen und Kraftstoffen, um die Bildung von Ablagerungen zu reduzieren oder zu verhindern. ^{[ 19 ]} Waschmittel können Bleichmittel , Duftstoffe, Farbstoffe und weitere Zusatzstoffe enthalten. Die Verwendung von Phosphaten in Waschmitteln führte jedoch zu Bedenken hinsichtlich der Nährstoffbelastung und zur Forderung nach einer Änderung der Waschmittelrezeptur. ^{[ 20 ]}

Bedenken wurden auch hinsichtlich der Verwendung von Tensiden wie verzweigtem Alkylbenzolsulfonat (Tetrapropylenbenzolsulfonat) geäußert, das in der Umwelt verbleibt. Dies führte zu deren Ersatz durch besser biologisch abbaubare Tenside wie lineares Alkylbenzolsulfonat. ^{[ 15 ] [ 17 ]} Zu den Entwicklungen der letzten Jahre zählen der Einsatz von Enzymen , Phosphatersatzstoffen wie Zeolith A und NTA , TAED als Bleichmittelaktivator , zuckerbasierte Tenside, die biologisch abbaubar und hautverträglicher sind, sowie andere umweltfreundliche Produkte. Auch die Darreichungsform, beispielsweise Tabletten, Gele und Kapseln , wurde verändert . ^{[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]}

Einer der größten Anwendungsbereiche von Reinigungsmitteln ist die Haushalts- und Ladenreinigung, einschließlich Geschirrspülen und Wäschewaschen . Diese Reinigungsmittel sind üblicherweise als Pulver oder Konzentrate erhältlich und bestehen oft aus komplexen Mischungen verschiedener Chemikalien, neben Tensiden. Dies spiegelt die vielfältigen Anforderungen der Anwendung und den starken Wettbewerb auf dem Verbrauchermarkt wider.

Diese Waschmittel können folgende Bestandteile enthalten: ^{[ 21 ]}

• Tenside
• Schaumregler
• Bauherren
• bleichen
• Bleichmittelaktivatoren
• Enzyme
• Farbstoffe
• Düfte
• andere Zusatzstoffe

Sowohl Vergaser als auch Einspritzdüsen von Verbrennungsmotoren profitieren von Detergenzien im Kraftstoff, um Ablagerungen zu verhindern . Die Konzentrationen liegen bei etwa 300 ppm . Typische Detergenzien sind langkettige Amine und Amide wie Polyisobutenamin und Polyisobutenamid/ Succinimid . ^{[ 24 ]}

Für die Isolierung und Reinigung von integralen Membranproteinen in biologischen Zellen werden Detergenzien in Reagenzqualität eingesetzt . ^{[ 25 ]} Die Solubilisierung von Zellmembran- Doppelschichten erfordert ein Detergens, das in die innere Membranmonoschicht eindringen kann . [ ^{26 ] Fortschritte} in der Reinheit und den Eigenschaften von Detergenzien haben die strukturelle und biophysikalische Charakterisierung wichtiger Membranproteine ​​wie Ionenkanäle , Transporter , Signalrezeptoren und Photosystem II erleichtert . ^{[ 27 ] [ 28 ]}

• spaltbares Waschmittel
• Geschirrspülmittel
• Dispergiermittel
• Umweltfreundliche Reinigung
• Hartoberflächenreiniger
• Waschmittel
• Liste der Reinigungsprodukte
• Triton X-100

• Campbell gibt Tipps zur Chemie von Waschmitteln, Tensiden und zur Geschichte des Wäschewaschens, zu Fleckenentfernungsmethoden und zur Verschmutzung .
• Zusammensetzung des Waschmittels