Waschmittel/Zeolithe. Von David Averdung und Michael Gaupel

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1 Waschmittel/Zeolithe Von David Averdung und Michael Gaupel

2 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

3 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

4 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

5 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

6 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)

7 Einteilung in Tensidklassen

8 Enthärter Ca 2+ und Mg 2+ - Ionen des Wassers behindern die Waschwirkung Natriumphosphat als Enthärter Wirkung: Bildung eines stabilen, wasserlöslichen Calcium- Komplexes 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:

9 Zeolithe Griech.: zein = kochen lithos = Stein 1756 vom schwed. Mineralogen Cronsted eingeführt Gruppe von Mineralien, wasserhaltige Alkali- bzw. Erdalkali- Alumosilicate Aufbau: 2M/zO * Al 2 O 3 * x SiO 2 * y H 2 O Kristallgitter aus Sauerstoff-Brücken verknüpften SiO 4 und AlO 4 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 SiO 2 und Al 2 O 3 haltigen Substanzen

10 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

11 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, Na 2 CO 3 ) setzt ph- Wert auf für möglichst gute Schmutzentfernung

12 Bleichmittel Als Bleichmittel werden Natriumperborat und Natriumpercarbonat verwendet Oxidative Entfernung farbiger Verunreinigungen und Mittel gegen Faservergrauung Natriumperborat NaBO 2 * H 2 O 2 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

13 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

14 Optische Aufheller organ. Substanzen, die in Lösungen oder auf einem Substrat UV- Licht absorbieren und den größten Teil der absorbierten Energie als blaues Fluoreszenzlicht ( 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

15 Stellmittel Natriumsulfat Na 2 SO 4 begünstigen Rieselfähigkeit der Pulver und verhindern die Bildung von Klumpen und Staub Duftstoffe sollen bei der Wäsche möglicherweise entstehenden Laugengeruch überdecke

16 Schaumregulatoren/ Schaumhemmer müssen vor allem bei Anwendung in Waschmaschinen im Waschmittel vorhanden sein früher langkettige Seifen mit 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

17 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

18 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

19 Wirkungsweise eines Waschmittels

20 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.

21 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

22 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.

23 Waschmittelherstellung

24 Waschmittelherstellung

25 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 Mortimer, Müller, Chemie, Teubner-Verlag A.F. Hollemann, N. Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie, Walter de Gruyter, 102. Auflage, 2007

26 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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