Fachwissen Gebäudereinigung

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1 EUROPA-FACHBUCHREIHE für Reinigungsberufe Fachwissen Gebäudereinigung 5. Auflage VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL. Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG Düsselberger Straße Haan-Gruiten Europa-Nr.: 44414

2 5 Bearbeiter des Buches Fachwissen Gebäudereinigung : Böhme, Matthias Dipl. Ing. Päd. Dresden Grüning, Peter Oberstudienrat Düsseldorf Liersch, Claudia Dipl. Ing. (FH), Studienrätin Metzingen Pfaller, Claudia Dipl. Ing. (FH), Oberstudienrätin Metzingen Scholz, Angelika Dipl. oec.troph. (FH), Studienrätin Metzingen Steggewentz, Uwe Oberstudienrat Kiel Lektorat und Leitung des Arbeitskreises: Eberhard Ladner Oberstudienrat Metzingen Bildbearbeitung: Verlag Europa-Lehrmittel, Zeichenbüro, Ostfildern Grafische Produktionen Jürgen Neumann, Rimpar Bildentwürfe: Die Autoren Fotos: Leihgabe der Firmen (Verzeichnis Seite 400) Das vorliegende Buch wurde auf der Grundlage der neuen amtlichen Rechtschreibregeln erstellt. 5. Auflage 2011 Druck Alle Drucke derselben Auflage sind parallel einsetzbar, da sie bis auf die Korrektur von Druckfehlern untereinander unverändert sind. ISBN Umschlaggestaltung: Michael M. Kappenstein, Frankfurt a. M. Alle Rechte vorbehalten. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der gesetzlich geregelten Fälle muss vom Verlag schriftlich genehmigt werden by Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, Haan-Gruiten Satz: Druck: Grafische Produktionen Jürgen Neumann, Rimpar Media Print Informationstechnologie, Paderborn 2 2

3 Vorwort 5 Vorwort Die Ausbildung zum / zur Gebäudereiniger/in gehört schon seit vielen Jahren zu den anerkannten Handwerksberufen in Deutschland. Mit der überarbeiteten Berufsausbildungsverordnung wurde 1999 die Ausbildungszeit von 2,5 auf 3 Jahre verlängert. Gleichzeitig wurde der Rahmenlehrplan lernfeldorientiert angelegt und um wesentliche Inhalte erweitert. Die Gliederung des vorliegenden Fachbuches wurde von den Autoren in Anlehnung an die 11 Lernfelder erstellt. Den Lernfeldeinheiten vorgeschaltet sind die übergeordneten Kapitel Geschichte des Gebäudereiniger-Handwerks, Chemie der Inhaltsstoffe und Arbeitsschutz. Um einen handlungsorientierten Unterricht zu erleichtern, beinhaltet jedes der Lernfeld-Kapitel als Abschluss eine praxisbezogene Projektarbeit, die von den Schülerinnen und Schülern bearbeitet werden kann. Dabei wurden auch Aufgaben aus den Bereichen Technische Mathematik und Technisches Zeichnen mit berücksichtigt, wie es im Rahmenlehrplan vorgesehen ist. Ergänzend wurden die Kapitel Sonderbereiche Dienstleistungen und Qualitätsmanagement den Lernfeldeinheiten als Abschluss des Buches angefügt. In der vorliegenden 5. Auflage wurde vor allem der Änderung der Gefahrenstoffverordnung Rechnung getragen (siehe Anhang). Basierend auf dem Global Harmonizing System vollzieht sich momentan eine weltweite Anpassung der Gefahrenstoffkennzeichnung. Die Übergangsfrist, während derer sowohl die alte als auch die neue Kennzeichnung gilt, dauert bis 2015 bzw Um dem Leser beide Varianten darlegen zu können, haben sich die Autoren und der Verlag entschieden, die neue Regelung auf zwei Sonderseiten ganz hinten im Buch mit aufzunehmen. Für die 6. Auflage ist eine komplette Aktualisierung der davon betroffene Inhalte in den entsprechenden Kapiteln vorgesehen. Die Hinweise zur alten Kennzeichnung entfallen dann. Für die hilfreiche Unterstützung in Form von Fachunterlagen und Bildmaterial möchten sich die Autoren bei den vielen Personen, Institutionen und Firmen aus dem Bereich der Gebäudereinigung und anderen Branchen bedanken. Sie haben einen wesentlichen Beitrag zur ansprechenden Gestaltung des Buches geleistet und damit die Aus- und Fortbildung von Beschäftigten im Bereich der Gebäudereinigung erleichtert. Wie jedes andere Fachbuch wird sich auch das vorliegende durch den Gebrauch in der Praxis weiter entwickeln und den technischen Errungenschaften anpassen. Über konstruktive Kritik und Verbesserungsvorschläge von möglichst vielen Benutzern dieses Fachbuches würden sich die Autoren und der Verlag freuen. Frühjahr 2011 Autoren und Verlag 3 3

4 5 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 1 Geschichte des Gebäudereiniger-Handwerks Chemie der Inhaltsstoffe Wasser Eigenschaften von Wasser Aufbereitung von Wasser Tenside Aufbau der Tenside Wirkungsweise der Tenside Tensidarten Biologischer Abbau von Tensiden Kalkinaktivierungsmittel Der ph-wert Säuren Alkalien Organische Lösemittel Enzyme Oxidations- und Reduktionsmittel Weitere Inhaltsstoffe in Reinigungsmitteln Pflegende Inhaltsstoffe Biozide Rodentizide Insektizide und Akarizide Desinfektionswirkstoffe Arbeitsschutz Gefahrstoffverordnung Gefahrstoffe Gefährlichkeitsmerkmale Grenzwerte Kennzeichnung Sicherheitsdatenblatt Gefährdungsanalyse Unterrichtung/Unterweisung Projekt Gefahrstoffe Persönliche Schutzausrüstung Hautschutz Atemschutz Sicherheitsgeschirre Zugangstechnik Leitern und Tritte Gerüste Hubarbeitsbühnen Fassadenbefahranlagen und Arbeitskörbe Projekt Zugangstechnik Elektrischer Strom Grundlagen des elektrischen Stroms Gefahren des Stroms für den Menschen Sicherheitsmaßnahmen Nichttextile Fußböden Lernfeld Elastische Beläge Linoleum PVC-Beläge Elastomerbeläge Polyolefinbeläge Unterscheidung der elastischen Beläge Reinigungsarten Unterhaltsreinigung Zwischenreinigung Teilflächenreinigung Grundreinigung Einpflege/Grundpflege Spezielle elastische Beläge Elektrostatisch ableitende elastische Beläge Elastische Beläge auf Doppelböden Sporthallenbeläge Projekt Gebäudereinigungsbetrieb Steinböden Steinerkennung Säureempfindliche Natursteine Säurebeständige Natursteine Kunststeinböden Reinigung von Steinböden Pflege von Steinböden Kristallisation von Steinböden Schleifen von Steinböden Holzböden Holz Parkett Holzpflaster, Dielenböden Korkböden Laminatböden Projekt Holzfußböden im Kindergarten Textile Flächen Lernfeld Fasern Pflanzliche Fasern Tierische Fasern Anorganische Fasern Halbsynthetische Fasern Synthetische Fasern Textile Gebilde Mopps/Breitwischbezüge Raumpflegetücher/Schwämme Reinigungspads Aufbau und Eigenschaften von textilen Belägen Die Florschicht Das Trägergewebe Der Rücken Die Verlegeart Der Untergrund Reinigungsverfahren für textile Beläge Unterhaltsreinigung

5 Inhaltsverzeichnis Zwischenreinigung Grundreinigung Ausrüstungsverfahren Polstermöbel Textile Polstermöbel Lederpolstermöbel Reinigung von Textillamellen Schmutzfangzonen Schmutzfangmatten Reinigung von Schmutzfangmatten Projekt Textile Flächen Glasflächen Lernfeld Geschichte und Zusammensetzung Eigenschaften und Herstellung Glasarten Fenster Bestandteile von Fenstern Fensterkonstruktionen Öffnungsarten von Fenstern Verglasungsarten Glaskonstruktionen Glasreinigung Glasreinigung mit der Teleskopstange Reinigung mit demineralisiertem Wasser Reinigung von beschichteten Gläsern Acrylglas Projekt Glasreinigung Sanitärreinigung Lernfeld Mikroorganismen Bakterien Pilze Viren Protozoen, Metazoen, Algen Infektionen Unterhaltsreinigung im Sanitärbereich Böden Ausstattung Schwimmbad- und Saunareinigung Projekt Unterhaltsreinigung eines Hallenbades Gesundheitseinrichtungen Lernfeld Anforderungen an die Hygiene bei der Reinigung und Desinfektion von Flächen nach RKI Maßnahmen zur Keimreduzierung Desinfizierende Reinigung Scheuerdesinfektion Sprühdesinfektion Reinigung mit anschließender Desinfektion Raumdesinfektion/Schlussdesinfektion Händedesinfektion Krankenhausreinigung Desinfizierende Unterhaltsreinigungsverfahren Unterhaltsreinigung im Stationsbereich Reinigung und Desinfektion im Funktionsbereich Hygienekontrolle Reinigung in Alten- und Pflegeheimen Reinigung in Arztpraxen Projekt Gesundheitseinrichtungen Elektrotechnische Ausstattungsgegenstände Lernfeld Beleuchtungsanlagen Glüh- und Leuchtstofflampen Lichtreklamen PC-Reinigung Klimaanlagen Aufbau der Klimaanlage Wartung und Reinigung Außenanlagen und Verkehrsflächen Lernfeld Außenanlagen Arbeiten in begrünten Bereichen Arbeiten in nicht begrünten Bereichen Verkehrsleiteinrichtungen Projekt Außenanlagen Fassaden Lernfeld Fassaden als Elemente von Bauwerken Fassadenwerkstoffe Einflüsse auf Fassaden Reinigung und Pflege Mechanische Reinigungsverfahren Chemische Reinigungsverfahren Übersicht Pflege Licht- und Wetterschutzanlagen Projekt Fassadenreinigung Verkehrsmittel Lernfeld Busse Schiffe

6 5 Inhaltsverzeichnis 12.3 Flugzeuge Bahn Pkw Projekt Bahnreinigung Industriereinigung Lernfeld Objekt- und Leistungsbeschreibung Holzverarbeitende Industrie Saugen von gefährlichen Stäuben Metallverarbeitende Industrie Manuelle Reinigung Maschinelle Reinigung Wartungsarbeiten Nahrungsmittelverarbeitende Industrie Reinräume Projekt Metallverarbeitender Betrieb Schädlingsbekämpfung Lernfeld Einführung in die Schädlingsbekämpfung Integrierte Schädlingsbekämpfung Schaben Biologie der Schaben Bekämpfung der Schaben Pharaoameisen Biologie der Pharaoameisen Bekämpfung der Pharaoameisen Dörrobstmotten Biologie der Dörrobstmotten Bekämpfung der Dörrobstmotten Silberfischchen Biologie der Silberfischchen Bekämpfung der Silberfischchen Hausstaubmilbe Biologie der Hausstaubmilbe Abwehr und Bekämpfung Flöhe Biologie der Flöhe Bekämpfung der Flöhe Wespen Biologie der Wespen Abwehr und Bekämpfung der Wespen Ratten Biologie der Wanderratte Biologie der Hausratte Bekämpfung der Ratten Hausmaus Biologie der Hausmaus Bekämpfung der Hausmaus Tauben Biologie der Tauben Abwehr und Vergrämung der Tauben Rechtliche Grundlagen Dekontamination Projekte Schädlingsbekämpfung Projekt Schädlingsbekämpfung - Insekten Projekt Schädlingsbekämpfung - Nager Sonderbereiche Dienstleistungen Hausmeisterdienste Fahrtreppenreinigung Catering Wäscheservice Objektschutz und Sicherheitsdienste Qualitätsmanagement Gebäudereinigungsleistungen Leistungsbeschreibungen Nebenleistungen und besondere Leistungen Abrechnung der Reinigungsleistung Ermittlung der Reinigungsflächen Abrechnung Gebäudereinigungsarbeiten Reinigungsarten Reinigungsverfahren Leistungsverzeichnis Leistungskontrolle Kontrolle der Reinigungsleistung Schadensmeldung Qualitätsmesssystem Gutachten Erstellung eines Gutachtens Prüfverfahren Beispiel eines Gutachtens Projekt Qualitätsmanagement Sachwortverzeichnis Firmenverzeichnis Anhang Änderung zur Gefahrstoffverordnung Gefahrenpiktogramme

7 1 Geschichte des Gebäudereiniger-Handwerks 1 Geschichte 1 Reinigungsarbeiten gehörten sicherlich schon immer zu den Tätigkeiten des Menschen. Das Gebäudereiniger- Handwerk kann sich allerdings weder von den sogenannten Wagenwäschern ableiten, die angeblich nach dem 30-jährigen Krieg in Norddeutschland auftraten und Fassadenreinigungsarbeiten anboten, noch stehen die Beschäftigten in der Tradition des Dienstpersonals vergangener Jahrhunderte. Die Entstehung des Gebäudereiniger-Handwerks ist vielmehr eng mit der Industrialisierung Deutschlands verknüpft. So hat sich das Gebäudereiniger-Handwerk aus den im 19. Jahrhundert entstandenen Glasreinigungsunternehmen entwickelt. Bis 1953 hieß das Handwerk noch Glas- und Gebäudereiniger-Handwerk, wobei der Zusatz Gebäudereiniger erst in den zwanziger Jahren des 20. Jahrhundert hinzukam. Im Folgenden wird die Entwicklung des Gebäudereiniger-Handwerks chronologisch dargestellt Der Franzose Marius Moussy (Bild 1) gründet in Berlin sein Französisches Reinigungsinstitut. Das Unternehmen beschäftigt sich ausschließlich mit der Glasreinigung. Ehemalige Mitarbeiter Moussys machen sich bald selbstständig und gründen in anderen Städten weitere Reinigungsinstitute Die erste Fassadenreinigung wird in Frankfurt am Main mit Hilfe einer mechanischen Fahrleiter durchgeführt Die Unternehmer gründen eine Berufsstandsorganisation, den Verband der Reinigungs-Instituts-Unternehmer Deutschlands. Initiator ist der Göttinger Verleger Ernst Kelterborn, der im April 1901 die erste Fachzeitschrift Internationales Centralblatt für Reinigungsinstitute und verwandte Geschäftszweige herausgibt. In der Satzung sieht der Verband die Gründung von Gauen und Ortsgruppen vor die Vorläufer der Landesinnungsverbände und Innungen. Einzelne Unternehmer fordern die Anerkennung der Reinigungstätigkeiten als Handwerk Fast alle männlichen Erwerbstätigen des Reinigungsgewerbes wer den zum Heer eingezogen oder zur Arbeit in rüstungswirtschaftlich wichtigen Unternehmen verpflich tet. An ihre Stelle treten die Frauen, die als Betriebsleiterinnen und Glasreinigerinnen arbeiten. Wäh rend des Krieges stellt der Verband seine Tätigkeiten ein Im Südwesten wird der Verband der Reinigungsinstituts- Unternehmer Süddeutschlands, im Westen der Westdeutsche Reinigungsunternehmerverband gegründet. In Hannover wird die erste Innung für das Glasreinigergewerbe gegründet. Bis zum Beginn des Dritten Reiches entstehen weitere 38 Innungen wie Freie Innung Kiel 1926; Freie Innung Düsseldorf 1926; Freie Innung Stuttgart Clemens Kleine gibt das erste Fachbuch für das Gebäudereinigergewerbe heraus Der Reichsverband der Glas- und Gebäudereinigerinnungen wird gegründet. Dem Verband gehören sechs Landesverbände an: Westdeutscher Reinigungsunternehmerverband, Verband der Reinigungsinstituts-Unternehmer Süd- Bild 1: Marius Moussy, 1888 deutschlands, Norddeutschlands, Ostdeutschlands, Sachsens, Mitteldeutschlands. Als Vorsitzender wird der Düsseldorfer Reinigungsunternehmer Clemens Kleine gewählt Am 30. Januar 1933 übernehmen die Nationalsozialisten die Macht und ordnen das Handwerk durch die Einführung der Pflichtinnungen neu. Alle Handwerker sind verpflichtet, einer Innung beizutreten. Die Regierung gibt am 30. Juni 1934 ein Verzeichnis der Gewerbe heraus, für die diese Bestimmung gilt. Hier sind auch die Gebäudereiniger aufgeführt und damit im ganzen Reich als Handwerker anerkannt. Die Innungen werden gleichgeschaltet, d. h. der Vorstand muss in seiner Mehrheit aus Mitgliedern der NSDAP (Nationalsozialistische deutsche Arbeiterpartei) bestehen. Nach der reichsweiten Anerkennung als Handwerk wird der Reichsverband der Glas- und Gebäudereinigerinnungen aufgelöst Der Zweite Weltkrieg bringt für das Glas- und Gebäudereiniger-Handwerk erneut einen großen Rückschlag. Wieder werden die männlichen Erwerbstätigen zu einem großen Teil zu Bild 2: Glasreinigung um 1957 den Waffen gerufen oder müssen ihren Dienst in rüstungswirtschaftlich wichtigen Unternehmen versehen. Anders als während des Ersten Weltkrieges wird die Ersatzbeschäftigung von Frauen für Reinigungsarbeiten, die auf der öffentlichen Straße auszuführen waren, verboten. Zudem führt der Luftkrieg zur Zerstörung zahlreicher Gebäude. Viele Betriebe können deshalb ihre Tätigkeit während des Krieges nicht aufrecht erhalten. 7

8 1 Geschichte 1 Geschichte des Gebäudereiniger-Handwerks Mit der Gründung zweier deutscher Staaten nach dem Zweiten Weltkrieg verläuft die Entwicklung des Gebäude - reiniger-handwerks in der Deutschen Demokratischen Republik und in der Bundesrepublik Deutschland sehr unterschiedlich. Während in der Bundesrepublik die Unternehmen vom wirtschaftlichen Aufschwung profitieren, können sich Privatunternehmen in der Deutschen Demokratischen Republik auf Grund der jede Eigeninitiative einschränkenden Steuergesetze kaum entwickeln. Entwicklung in der Deutschen Demokratischen Republik 1946 In der Sowjetischen Besatzungszone, so hieß die Deutsche Demokratische Republik vor ihrer Gründung, werden alle Handwerksorganisationen mit Ausnahme der Handwerkskammern verboten Die erste Produktionsgenossenschaft des Handwerks, die Produktionsgenossenschaft Putzteufel wird in Berlin gegründet. Gleichzeitig werden weitere Dienstleistungskombinate eingerichtet, deren rentabelste Dienstleistung die Gebäudereinigung ist Die Privatbetriebe werden aus dem Handwerk herausgenommen. Die Unternehmen unterliegen sehr engen Steuergesetzen. Damit wird eine Fortführung der Betriebe, die mehr als drei Mitarbeiter beschäftigen, unmöglich Diese Strukturen werden bis zur Wiedervereinigung der Deutschen Demokratischen Republik mit der Bundesrepublik Deutschland beibehalten. Entwicklung in der Bundesrepublik Deutschland 1946 Der westliche Teil Deutschlands ist in drei Zonen, in die britische, in die französische und in die amerikanische Besatzungszone aufgeteilt. In der britischen Zone beginnt der Wiederaufbau der Berufsorganisationen der Handwerke, u. a. auch die des Gebäudereiniger-Handwerks Der Zentralinnungsverband des Glas- und Gebäudereiniger- Handwerks wird gegründet Das Gebäudereiniger-Handwerk wird in der neuen Handwerksordnung vom als 99. Handwerk in Anlage A aufgenommen. Der Zentralinnungsverband wird in Bundesinnungsverband des Gebäudereiniger-Handwerks umbenannt Eine neue Berufsausbildungsverordnung für das Gebäudereiniger-Handwerk wird erlassen. Die Lehrzeit beträgt 2,5 Jahre Der Verein für Reinigungstechnik e.v. Düsseldorf wird gegründet. Dieser Verein unterstützt bundesweit die Ausbildung und die Weiterbildung im Gebäudereiniger-Handwerk Die neue Gebäudereinigermeisterverordnung (Verordnung über das Berufsbild und über die Prüfungsanforderungen im praktischen und theoretischen Teil der Meisterprüfung für das Gebäudereiniger-Handwerk) wird erlassen. Bild 1: Maschinen aus der DDR Bild 2: Supermarktreinigung Entwicklung nach der Wiedervereinigung 1990 Am 03. Oktober 1990 findet die Wiedervereinigung der Deutschen Demokratischen Republik mit der Bundesrepublik Deutschland statt. In den neuen Bundesländern werden die ersten Innungen gegründet Die neue Verordnung über die Berufsausbildung zum Gebäudereiniger / zur Gebäudereinigerin vom 01. September 1999 ersetzt die alte Verordnung von Die Lehrzeit beträgt nun drei Jahre In der neuen Handwerksverordnung vom Januar 2004 wird das Gebäudereiniger-Handwerk in die neue Anlage B1 der zulassungsfreien Handwerke als 33. Handwerk eingeführt. Bild 3: Verkehrsmittelreinigung In den letzten 120 Jahren hat sich ein leistungsstarkes Handwerk mit ca Beschäftigten in über Betrieben entwickelt. Zur Zeit werden ca Lehrlinge in den Gebäudereiniger-Betrieben und Berufskollegs ausgebildet. 8

9 2 Chemie der Inhaltsstoffe 22 Die Behandlungsmittel, die für Arbeiten im Gebäudereiniger-Handwerk verwendet werden, sind aus einer Vielzahl von Rohstoffen, den sogenannten Inhaltsstoffen zusammengesetzt. Jeder Rohstoff erfüllt unterschiedliche Anforderungen bei der Reinigung und besitzt spezielle Eigenschaften. Je nach Rezeptur, d. h. Zusammenstellung der einzelnen Rohstoffe können verschiedene Behandlungsmittel hergestellt werden. Sie unterscheiden sich in der Anzahl, der Menge und der Art der einzelnen Inhaltsstoffe. Einteilung der Inhaltsstoffe Ganz allgemein können die Inhaltsstoffe in verschiedene Gruppen eingeteilt werden. Reinigende Stoffe wie z. B. die Tenside oder die Säuren beseitigen verschiedenste Schmutzarten durch unterschiedliche chemische Prozesse. Pflegende Substanzen hinterlassen eine Schicht auf der Oberfläche. Biozide Inhaltsstoffe wirken gegen Mikroorganismen oder gegen Schädlinge. Sonstige Inhaltsstoffe haben meist nur eine ergänzende Funktion innerhalb des Mittels. Manche der Stoffe können miteinander reagieren und dabei gesundheits-, umwelt- oder oberflächenschädigende Verbindungen bilden. Die wichtigsten Eigenschaften der einzelnen Inhaltsstoffe zu kennen, ist daher von großer Bedeutung. Folgende Tabelle gibt eine Übersicht über die im nachstehenden Kapitel näher beschriebenen Inhaltsstoffe. Inhaltsstoffe Reinigende Inhaltsstoffe Sonstige Inhaltsstoffe Pflegende Inhaltsstoffe Biozide Inhaltsstoffe Wasser Tenside Kalkinaktivierungsmittel Säuren Alkalien (Basen) Organische Lösemittel Enzyme Oxidationsmittel Reduktionsmittel Abrasivstoffe Duftstoffe Farbstoffe Hilfsstoffe Öle Fette Wachse Polymere Rodentizide Insektizide Akarizide Desinfektionswirkstoffe Tabelle 1: Einteilung der Inhaltsstoffe in Behandlungsmitteln In Deutschland werden laut Umweltbundesamt jährlich mehrere Tausend neue Wasch- und Reinigungsmittel bzw. neue Rezepturen von schon vorhandenen Produkten auf den Markt gebracht. Der Verbrauch an diesen Produkten in Deutschland liegt bei über einer Million Tonnen pro Jahr. Gesetzliche Regelungen Wasch- und Reinigungsmittel werden in großen Mengen verwendet und können in den Wasserkreislauf gelangen. Daher gelten für sie hinsichtlich der biologischen Abbaubarkeit besonders hohe Anforderungen. Die EU-Detergenzienverordnung für Wasch- und Reinigungsmittel von 2005 regelt, dass umweltbelastende Tenside vollständig abbaubar sein müssen. Zudem haben die Hersteller bestimmte Inhaltsstoffe der Wasch- und Reinigungsmittel auf der Verpackung zu kennzeichnen. Die Rezepturen müssen nicht mehr beim Umweltbundesamt registriert und dies als UBA-Nummer auf der Verpackung gekennzeichnet sein. Stattdessen müssen die Hersteller die Verbraucher im Internet über die Inhaltsstoffe informieren. Das Wasch- und Reinigungsmittelgesetz (WRMG) wird derzeit überarbeitet, um die nationale Gesetzgebung der EU-Verordnung anzupassen. Die Tensid- Verordnung, die derzeit noch den biologischen Abbau der Tenside regelt, wird mit der Novellierung des WRMG hinfällig. Das Wasserhaushaltsgesetz (WHG) gilt für die Bewirtschaftung oberirdischer und Küstengewässer sowie für das Grundwasser. Es muss jede vermeidbare Beeinträchtigung ihrer ökologischen Funktion unterbleiben. Hieraus ergibt sich, dass Wasch- und Reinigungsmittel sparsam dosiert werden müssen. Kennzeichnung der Produkte Reinigungsmittel müssen laut einer EU-Empfehlung dauerhaft, deutlich lesbar und in deutscher Sprache mit der Inhaltsstoffgruppe, den Handelsnamen des Erzeugnisses, dem Firmennamen der gewerblichen Hauptniederlassung des Herstellers, Einführers oder Vertreibers und einer gewässerschonenden Dosierungsempfehlung gekennzeichnet werden (Bild 1). Tulip-K Universalreiniger-Konzentrat für alle wasserfesten Oberflächen Tulip-K ist ein Fett- und Schmutzlöser und reinigt gründlich und schonend Fußböden Glas, Kunststoff und lackierte Oberflächen, Tulip-K erhält den Glanz, trocknet klar auf und ist hautschonend. Anwendung und Dosierung: Bei normaler Verschmutzung reicht 1 Portion = 20 ml auf 8 l Wasser. 2 Liter Art-Nr 2575 DER GRÜNE PUNKT Inhaltsstoffe gemäß EG-Empfehlung: 15-30% anlonische Tenside, 15-30% nichtionische Tenside, Enthält Konservierungsmittel. Weitere Inhaltsstoffe: Alkohol, Parfümöl, Farbstoff, ph-neutral ph-wert FALA-Werk Chemische Fabrik GmbH, Stahlstraße 5, Isernhagen Bild 1: Produktetikett LABORGEPRÜFT FALA GÜTEGARANTIE 9

10 22 Chemie der Inhaltsstoffe 2.1 Wasser Eigenschaften von Wasser Obwohl beinahe drei Viertel der Erdoberfläche mit Wasser bedeckt sind, lassen sich nur 0,27 % davon für unsere Wasserversorgung nutzen (Bild 1). Wasser ist unser höchstes Gut und für die Reinigung unabdingbar. Es muss als Rohstoff geschützt werden. Wasserdampf in Wolken gesammelt Aufgaben von Wasser im Reinigungsprozess Niederschlag wünschte Anwendungskonzentration. Es befördert als Trägermittel die Reinigungschemi kalien zum Schmutz. Wasser umspült den Schmutz, lässt ihn quellen bzw. löst ihn an (anorganisches Lösemittel). In warmem Wasser können Schmutzpartikel besser gelöst werden als in kaltem Wasser. Warmes Wasser transportiert Wärmeenergie zu dem reinigenden Gegenstand. Bei bestimmten Reinigungsverfahren wie z. B. bei der Hochdruckreinigung unterstützt Wasser den Schmutzablöseprozess durch mechanische Energie. Verdunstung Wasser verdünnt die Reinigungschemikalien auf die ge- Flüsse und Seen Meer Oberflächenwasser Grund- und Quellwasser Bild 1: Wasserkreislauf Aufbau des Wassermoleküls Die chemische Formel für Wasser lautet H2O. Das Molekül besteht aus einem Atom Sauerstoff (O) und zwei Atomen Wasserstoff (H). Diese drei Atome sind über gemeinsame Elektronenpaare miteinander verbunden. Da das Sauerstoffatom die negativ geladenen Elektronen stärker zu sich heranzieht als die beiden Wasserstoffatome, entsteht eine ungleiche Ladungsverteilung im Molekül. Das Sauerstoffatom hat einen Überschuss an negativer Ladung, die beiden Wasserstoffatome sind leicht positiv geladen. Das Wassermolekül ist polar. Es wird als Dipolmolekül bezeichnet. stoff O stoff H stoff H Bild 2 zeigt eine modellhafte Darstellung des Wassermoleküls mit seinen Ladungen. Bild 2: Modell des Wassermoleküls Aggregatzustände schm elz e n en ar re n verda mp f en re flü bl im su nd ie re n ko bli m ie r fest t Die Übergänge der Aggregatzustände werden wie folgt bezeichnet: von fest nach flüssig: schmelzen von flüssig nach gasförmig: verdampfen von fest nach gasförmig: sublimieren von gasförmig nach flüssig: kondensieren von flüssig nach fest: erstarren von gasförmig nach fest: resublimieren su ers Stoffe können in Abhängigkeit von der Temperatur und dem Druck als Feststoffe, Flüssigkeiten oder als Gase auftreten. Diese Zustände werden als Aggregatzustände bezeichnet. Feststoffe weisen große Zusammenhangskräfte (Kohäsion) zwischen den einzelnen Teilchen (Atome oder Moleküle) auf. In Flüssigkeiten liegen die Teilchen nicht mehr so eng zusammen wie beim Feststoff. Bei Gasen geht der Zusammenhang zwischen den Teilchen fast verloren (Bild 3). Am Beispiel Wasser lassen sich die Aggregatzustände besonders gut beobachten. Bei Raumtemperatur ist Wasser flüssig. Unterhalb von 0 C gefriert es zu dem Feststoff Eis. Oberhalb von 100 C siedet es und wird zu Dampf. en sie re n gasförmig Bild 3: Aggregatzustände

11 2.1.1 Eigenschaften von Wasser Chemie der Inhaltsstoffe Wasser 2 Wasserhärte Im Wasser können die verschiedensten Mineralsalze gelöst sein. Sie liegen dann als positiv oder negativ geladene Ionen vor. Durch die Menge der gelösten Calciumund Magnesiumionen (Ca 2, Mg 2 ) wird die Härte des Wassers bestimmt. Der Anteil der Mineralsalze im Wasser ist in den einzelnen Gebieten Deutschlands sehr unterschiedlich. Er hängt von der Bodenbeschaffenheit der verschiedenen Gegenden ab. In Gips- und Kalklandschaften kann das Wasser einen erheblichen Härtewert erreichen. Calcium und Magnesium sind für die menschliche Gesundheit (z. B. den Knochenbau) sehr wichtig. Die Wasserhärte ist messbar. Geläufig ist noch die alte Einheit dh (Grad deutscher Härte). Die internationale Einheit lautet: Millimol Calciumoxid pro Liter Wasser (mmol CaO/ ä H 2 O). Folgender Zusammenhang besteht: Härte Bezeichnung mmol/ä dh 1 weich bis 1,5 bis 8,4 2 mittel 1,5 bis 2,5 8,4 bis 14 3 hart mehr als 2,5 mehr als 14 Tabelle 1: Wasserhärtebereiche 1 dh = 10 mg Calciumoxid/ä = 0,179 mmol/ä Nach 9 des Wasch- und Reinigungsmittelgesetzes wird das Wasser in 3 Härtebereiche eingeteilt (Tabelle 1). Der Gebäude reiniger kann die Wasserhärte beim Wasserversorger (Stadtwerke) vor Ort erfragen. Für die Praxis haben sich jedoch auch chemische Schnelltests und Indikatorpapiere bewährt. Wenn hartes Wasser verdampft, blei- Bild 1: Ablagerungen in Wasserrohren ben Kalkablagerungen (Kesselstein) zurück. Durch diese festen Calcium- und Magnesiumsalze können Leitungen, Pumpen und Düsen von Dampfreinigungsgeräten und anderen beheizbaren Geräten verstopfen (Bild 1). Die Ca 2 - und Mg 2 -Ionen reagieren mit den negativ geladenen Seifen zu einem wasserunlöslichen Molekül, das als Kalk seife (vgl. Kap. 2.3) bezeichnet wird. Diese Kalkseife hinterlässt auf dem zu reinigenden Werkstoff einen sichtbaren Kalkseifenschleier ( Putzstreifen ). In Waschräumen, Schwimmbädern usw. kommt es durch Benutzung von Seife zur Kalkseifenbildung. Daher ist es wichtig, sich vor dem Gebrauch von Wasser über dessen Härte zu informieren. Oberflächenspannung Wasser trägt eine Rasierklinge, die vorsichtig auf die Oberfläche gelegt wird. Ein Wasserläufer kann sich auf der Wasseroberfläche fortbewegen, ohne zu versinken. Ursache ist die Oberflächenspannung von Wasser, die an der Grenzfläche zur Luft entsteht. Die starke Oberflächenspannung tritt auf, weil Wasser ein Dipolmolekül ist. Zwischen den negativ geladenen Sauerstoffatomen im Molekül und den positiv geladenen Wasserstoffatomen der Nachbarmoleküle wirken Anziehungskräfte. Diese Kräfte zwischen gleichen Molekülen werden als Kohäsion bezeichnet (Bild 2). Die Moleküle, die sich an der Grenzfläche befinden, unterliegen nicht von allen Seiten der Kohäsion. Es bildet sich an der Wasseroberfläche eine Spannung, die Grenz- oder Oberflächenspannung. Sie besitzt für die Reinigung erhebliche Nachteile. Beispielsweise verhindert sie die gleichmäßige Benetzung einer Oberfläche, da sich das Wasser immer wieder zusammenzieht und Tropfen bildet. Gelangt Wasser auf eine poröse Oberfläche, verhindert die Grenzflächenspannung, dass es auch in die Poren gelangt. Ein guter Reinigungseffekt ergibt sich nur bei entspanntem Wasser. Dipolmolekül Wasser H 2 O Wassermoleküle schematisch dargestellt Kohäsion Wassertropfen auf glatter Fläche Bild 2: Kohäsion und Oberflächenspannung von Wasser Wassertropfen auf poröser Fläche 11 11

12 2 Chemie der Inhaltsstoffe 2.1 Wasser Aufbereitung von Wasser Abwasser Abwasser ist durch den Gebrauch verändertes Wasser. Der Gebäudereiniger transportiert mit dem Wasser den entfernten Schmutz und die verbrauchte Reinigungschemie ab. Dieses verschmutzte Wasser darf dem Wasserkreislauf nicht ohne weiteres zugeführt werden. Es wird in kommunales und industrielles Abwasser unterschieden. Kommunales Abwasser stammt aus den Haushalten und ist verunreinigtes Trinkwasser. Es enthält in der Regel Substanzen, die leicht biologisch abbaubar sind. In einer Mischwasserkanalisation wird es zusammen mit dem gesammelten Regenwasser in die kommunale Kläranlage geleitet und dort aufbereitet. Industrielles Abwasser stammt aus Gewerbe- und Industriebetrieben oder aus der Landwirtschaft. Es enthält meist schwer biologisch abbaubare Substanzen. Je nachdem, wie stark das Abwasser belastet ist, muss es einer Vorbehandlung zugeführt werden, bevor es in die Kläranlage gelangt. Aufbau und Funktion der Kläranlage Moderne Kläranlagen (Bild 1) arbeiten in vier Stufen: Mechanische Stufe Das Abwasser wird zunächst durch einen Rechen geleitet, um grobe Partikel heraus zu sieben. Anschließend werden im Sandfang kleinere Partikel entfernt und schließlich im Vorklärbecken durch Absetzung weitere unlösliche organische Stoffe abgetrennt (Bild 2a). Der entstandene Rohschlamm wird beseitigt und weiter behandelt. Die erste Stufe entfernt ca. 30% der Schmutzsubstanzen. Biologische Stufe Hier werden Mikroorganismen in einem aeroben Abbauprozess dazu eingesetzt, die organischen Schmutzstoffe als Nahrung zu verstoffwechseln. Dies geschieht im Belebungsbecken (Bild 2b). Die Mikroorganismen bilden den sogenannten Klär- oder Belebtschlamm. Der sich durch Vermehrung bildende Überschussschlamm wird weiter behandelt, der Rest nach der Absetzung im Nachklärbecken rückgeführt. Chemische Stufe In der dritten, chemischen Stufe werden vor allem Stickstoffverbindungen wie Ammonium, Nitrate, Nitrite und Phosphate entfernt, damit später keine Überdüngung der Gewässer stattfinden kann. Meist werden Phosphate durch Fällung bzw. Flockung mit Eisensalzen beseitigt. Stickstoffverbindungen können mit Hilfe bestimmter Bakterienarten in speziellen Prozessen abgebaut werden. Filtration Der Einbau von Filtern zur Entfernung der gebundenen Phosphate wird oft auch als vierte Stufe (Filtration) bezeichnet. Die entsprechenden Filtermaterialien sind Quarzsand oder Blähschiefer. Das nun zu % gereinigte Wasser kann in den Vorfluter, d. h. in ein Gewässer abgegeben werden. Bild 1: Kläranlage Metzingen, Luftbild a) b) c) d) Bild 2: a) Vorklärbecken, b) Belebungsbecken, c) Schlammpresse, d) Hauptgebäude mit Faultürmen Die Schlämme, die bei der Abwasserreinigung entstehen, werden eingedickt, um eine Reduzierung des Volumens zu erreichen. Meist geschieht dies in speziellen hydraulischen Pressen (Bild 2c). In den Faulbehältern wird der eingedickte Schlamm unter anaeroben Bedingungen bei ca. 37 C vergoren (Bild 2d). Dabei entsteht Methangas, das in einem Gasbehälter gesammelt und weiter verwertet wird. Klärschlamm kann je nach Schadstoffgehalt später auch als Düngemittel verwendet werden. Bei zu hohem Gehalt an umweltschädlichen Stoffen muss er deponiert oder verbrannt werden. Gesetze und Verordnungen zum Gewässerschutz In Deutschland gelten vor allem folgende Regelungen zum Schutz von Oberflächen- und Grundwasser: Wasserhaushaltsgesetz, Trinkwasserverordnung, Direkteinleiterverordnung, Indirekteinleiterverordnung, Wasch- und Reinigungsmittelgesetz, Tensidverordnung, Phosphathöchstmengenverordnung, Klärschlammverordnung, kommunale Vorschriften usw

13 2.2.1 Aufbau von Tensiden Chemie der Inhaltsstoffe Tenside 2 Bereits vor über 3000 Jahren waren die Ägypter in der Lage, aus Holzasche und Fetten Seifen herzustellen. Diese wurden für medizinische und hygienische Zwecke eingesetzt. Im Mittelalter war die Seifensiederei ein verbreitetes Handwerk, das sich im 19. Jahrhundert industriell weiter entwickelte (Bild 1, 2). Ausgangsstoffe für die Seifenherstellung sind vor allem pflanzliche und tierische Fette sowie Öle, die unter Zugabe von Natron- oder Kalilauge im Kessel gekocht werden. Durch das Erhitzen werden die Fette in ihre Bestandteile Fettsäuren und Glyzerin gespalten. Die Fettsäuren bilden mit den Laugen sofort in einer Neutralisationsreaktion die entsprechenden Natrium- oder Kaliumsalze (Seifen, Bild 3). Mit Natronlauge entsteht die feste Kernseife, mit Kalilauge dagegen die Schmierseife (Bild 4). Ein Mangel an Fetten während des Ersten Weltkrieges veranlasste die Seifenhersteller, nach Ersatzstoffen zu suchen. Die ersten synthetischen Waschrohstoffe (Tenside), die ein gutes Wasch- und Reinigungsverhalten zeigten, wurden 1928 entdeckt. Sie konnten sich durchsetzen, da ihre Eigenschaften denen der Seifen teilweise überlegen waren. Glycerin Bild 1: Seifenherstellung im Mittelalter Fettsäure 1 Fettsäure 2 Fettsäure 3 Fett Alkali Alkali Alkali Alkalie = Bild 3: Bildung von Seife (Verseifungsreaktion) Bild 2: Seifenherstellung heute Seife Begriffe Da Tenside mit verschiedenen Begriffen bezeichnet werden, sind diese nachfolgend genauer erläutert. Tenside Tenside sind grenzflächenaktive Stoffe, die die Oberflächenspannung des Wassers herabsetzen. Der Begriff leitet sich vom Wort Tension für Spannung ab. Andere Bezeichnungen für Tenside sind Detergentien oder waschaktive Substanzen (WAS) oder oberflächenaktive Verbindungen. Seifen Seifen sind Salze höherer Fettsäuren. Sie sind ebenfalls grenzflächenaktive Stoffe und somit eine Untergruppe der Tenside. Bild 4: Tensidhaltige Produkte Syndets Syndets sind synthetisch hergestellte grenzflächenaktive Stoffe und bilden ebenfalls eine Untergruppe der Tenside. Hydrophobe Baugruppe Hydrophile Baugruppe Aufbau von Tensiden Tenside sind sehr große Moleküle (Makromoleküle). Sie setzen sich aus einem wasserfreundlichen (hydrophilen) und einem fettfreundlichen (lipophilen) Teil zusammen (Bild 5). Während der fettfreundliche Teil aus einer langen Kohlenwasserstoffkette besteht, ist der andere Teil wasserfreundlich. Der wasserfreundliche Teil ist gleichzeitig fettabstoßend (lipophob), der fettfreundliche Teil ist wasserabstoßend (hydrophob). Diese Struktur ermöglicht, dass sich das Tensid sowohl in wässrigen als auch in öligen Substanzen verteilt. Das ist die Voraussetzung dafür, dass ein Stoff reinigungstechnisch wirksam ist. Bild 5: Struktur der Tenside H C COO H 13 13

14 22 Chemie der Inhaltsstoffe 2.2 Tenside Wirkungsweise von Tensiden Tenside sind auf vielfältige Art und Weise wirksam gegen Schmutz. Nachfolgend sind die wichtigsten reinigungstechnischen Eigenschaften beschrieben. Zerstörung der Oberflächenspannung Die Grenzflächenspannung des Wassers verhindert die vollständige Benetzung von zu reinigenden Oberflächen. Die Tenside schieben sich zwischen die Wassermoleküle. Dadurch werden die Wasserstoffbrückenbindungen, die für die Grenzflächenspannung verantwortlich sind, zerstört. Der Wassertropfen zerläuft. Das "entspannte" Wasser kann in Poren und Ritzen eindringen und reinigungstechnisch wirksam sein (Bild 1). Bild 1: Wassertropfen ohne und mit Tensiden Grenzflächenaktivität Feinste Partikel schwimmen auf dem Wasser. Sie werden von der Grenzflächenspannung getragen. Bei Zugabe von Tensiden lagern sich diese zuerst an der Grenzfläche Wasser-Luft an. Daher werden die Partikel verdrängt (Bild 2). Ist die Grenzfläche Wasser-Luft mit Tensiden vollständig besetzt, suchen sich diese weitere Grenzflächen, an die sie sich anlagern können. Sie besetzen unter anderem die Grenzflächen Gefäß-Wasser und Partikel-Wasser. Dabei sinken die Partikel zu Boden. Das Bestreben der Tenside, sich an Grenzflächen anzulagern, heißt Grenzflächenaktivität (Bild 2). Bild 2: Verdrängung der Partikel an der Oberfläche Fett Dispergiervermögen Sind alle möglichen Grenzflächen belegt, versuchen die Ten side, die Partikel aufzuspalten, um deren Oberfläche zu vergrößern und sich dadurch neue Grenzflächen zu schaffen. Die so eingehüllten Partikel werden vom Wasser als hydrophile Moleküle erkannt und können abgelöst, in der Schwebe gehalten und transportiert werden. Es entsteht eine Dispersion. Wasser Emulsion Bild 3: Emulgiervermögen von Tensiden Emulgiervermögen Handelt es sich bei dem dispergierten Schmutz um Fett oder Öl, entsteht eine Emulsion. Bild 3 zeigt im rechten Reagenzglas, dass Fettschmutz (Öl) und Wasser sich nicht mischen. Durch Zugabe von Tensiden wird das Öl in kleine Tröpfchen verteilt (emulgiert). Es entsteht ein trübes, milchiges Gemisch im linken Reagenzglas. Mizellenbildung Kommt kein neuer Schmutz hinzu und sind alle Grenzflächen belegt, bleibt den Tensiden noch die Möglichkeit der Mizellenbildung. Mizellen sind kugelförmige Gebilde, die dadurch entstehen, dass sich die hydrophoben Teile der Tenside aneinander lagern. Nach außen wirken die Mizellen wasserfreundlich. Sie dienen als "Vorratslager" (Bild 4). Kommt neuer Schmutz hinzu, sind weitere Grenzflächen vorhanden, an die sich die Tenside anlagern können. Ist dies nicht der Fall, haben sie keine reinigende Wirkung und belasten die Umwelt. Eine Überdosierung wirkt sich daher nur negativ auf das Reinigungsergebnis aus. Auf der Oberfläche bleiben die überflüssigen Tenside als Schlieren ( Putzstreifen ) zurück Senkung der Oberflächenspannung Öl Mizellenbildung Bild 4: Mizellenbildung

15 Chemie der Inhaltsstoffe 2.2 Tenside Tensidarten Ablösen von Schmutz Tenside a Haftender Schmutz auf Materialien wird mit Hilfe von Tensiden abgelöst (Bild 1a, b). Tenside lagern sich auf Grund ihrer Grenzflächenaktivität auf der Oberfläche des Schmutzes (Bild 1c) an. Sie schieben sich zwischen ihn und den zu reinigenden Werkstoff (Bild 1c). Dabei hüllen sie den Schmutz ein, lösen ihn ab und dispergieren ihn (Bild 1d). 22 Schmutz b Tenside lagern sich am Schmutz an Schaumbildung c Tenside können nicht nur feste Partikel (Pigmentschmutz) dispergieren und Fette emulgieren, sondern auch Gase in Flüssigkeiten verteilen. Es entsteht Schaum. Dieser bzw. eine einzelne Seifenblase bildet sich, indem sich die Tenside an die Grenzflächen Gas-Flüssigkeit anlagern und sie stabilisieren. Diese Wirkung der Tenside ist z. B. bei Teppichshampoos nützlich. Es werden viele Tenside in den Teppich einmassiert. DieTenside emulgieren den Schmutz an den Fasern und lösen ihn ab. Die dispergierten Substanzen werden mit der Schmutzflotte abtransportiert. Tenside hüllen den Schmutz ein d Tenside transportieren den Schmutz ab Bild 1: Ablösen von Schmutz Ionogenität von Tensiden Aufgrund ihrer chemischen Struktur liegen Tenside im Wasser als elektrisch geladene Teilchen (Ionen) vor. Sie werden an Hand ihrer Ladung unterschieden. Die sogenannte Ionogenität beeinflusst ihre reinigungstechnischen Eigenschaften. Anionische Tenside Nichtionische Tenside Kationische Tenside Amphotere Tenside Anionische Tenside tragen eine negative Ladung. Seifen bilden eine Untergruppe der anionischen Tenside. Deren gute Reinigungswirkung ist auf den negativen Pol zurückzuführen. Leistungsfähige moderne Tenside mit sehr gutem Emulgiervermögen werden heute nach dem Vorbild der Seifen synthetisiert. Anionische Tenside sind in allen Reinigungsmitteln als reinigender Wirkstoff und z. T. in Pflegemitteln als Emulgatoren für die Pflegestoffe enthalten. Nichtionische Tenside tragen keine Ladung. Sie setzen in erster Linie die Oberflächenspannung des Wassers herab. In Kombination mit anionischen Tensiden entsteht eine Wirkungsverstärkung (Synergieeffekt), d. h. die Wirkung des nichtionischen Tensides auf die Oberflächenspannung verstärkt das Emulgiervermögen der anionischen Tenside. Die Reinigungsleistung wird positiv beeinflusst. Nichtionische Tenside sind in Behandlungsmitteln enthalten, um deren Benet zungs vermögen zu verbessern. Kationische Tenside tragen eine positive Ladung. Sie lagern sich an Grenzflächen an. Dies beeinträchtigt z. B. bei Bakterien und Pilzen deren Stoffwechsel. Sie sterben ab. Deshalb werden kationische Tenside in desinfizierenden Behandlungsmitteln eingesetzt. Die Waschmittelindustrie nutzt diesen Anlagerungseffekt für Weichspüler. Die Kosmetikindustrie setzt kationischetenside für Haarspülungen, -kuren usw. ein. Amphotere Tenside tragen eine positive und eine negative Ladung. Je nach umgebendem Medium (ph-wert) überwiegt die Wirkung der einen oder der anderen Ladung. Amphotere Tenside sind sehr leistungsstarke Tenside und deshalb als Rohstoff sehr teuer. Sie werden als Inhaltsstoff für Desinfektionsreiniger, Geschirrspülmittel und Spezialreiniger eingesetzt. Amphotere Tenside sind mit allen anderen Tensiden verträglich. Tabelle 1: Reinigungstechnische Eigenschaften der verschiedenen Tensidarten Seifenfehler Die Ionogenität der Tenside kann bei falscher Anwendung von Behandlungsmitteln Probleme verursachen. Werden anionische Tenside und kationische Tenside miteinander vermischt, ziehen sich die unterschiedlichen Ladungen an. Es entsteht ein riesiges wasserunlösliches Molekül (Bild 2). Die Reinigungslösung wird milchig und hinterlässt beim Wischen an der Oberfläche Schlieren. Die Reinigungs- bzw. Desinfektionswirkung der Tenside wird aufgehoben. Daher gilt der Grundsatz, niemals Behandlungsmittel selbst zu mischen. anionisches Tensid kationisches Tensid Riesenmolekül Bild 2: Entstehung des Seifenfehlers 15 15

16 2 Chemie der Inhaltsstoffe 2.2 Tenside Biologischer Abbau von Tensiden Fischtoxizität Die ersten in den 50er und 60er Jahren des 20. Jahrhunderts synthetisch hergestellten Tenside verursachten Schaumberge auf Flüssen und Seen. Die Gründe dafür lagen in der schlechten biologischen Abbaubarkeit dieser Syndets und in deren verschwenderischem, unkontrolliertem Einsatz in Waschund Reinigungsmitteln. Schaumberge sind nicht nur ein optisches Problem. Tenside sind tödlich für Fische und andere Wasserlebewesen. Fische filtern den im Wasser gelösten Sauerstoff mit Hilfe ihrer Atmungsorgane (Kiemen) heraus. Auf Grund ihrer Grenzflächenaktivität lagern sich die Tenside auf der Oberfläche des Fisches und dessen Kiemen an (Bild 1). Dadurch wird die Funktion der Atmungsorgane stark eingeschränkt. Der Fisch erstickt. Tenside gelten daher als fischgiftig (fischtoxisch). Biologischer Abbau von Tensiden Die ökologischen Schäden durch den Einsatz von Tensiden erforderten eine gesetzliche Regelung zum Umgang mit waschaktiven Substanzen. Das bundesdeutsche Wasch- und Reinigungsmittelgesetz (WRMG) lehnt sich an die im Oktober 2005 in Kraft getretene EU-Detergenzienverordnung an. Demnach dürfen im Gegensatz zum bisherigen Recht nur noch Wasch- und Reinigungsmittel in Verkehr gebracht werden, deren waschaktive Substanzen (Tenside) vollständig biologisch abbaubar sind. Um die Eigenschaften der Tenside zu zerstören, ist eine Trennung von hydrophilem und hydrophobem Teil erforderlich. Dadurch geht die Grenzflächenaktivität und damit auch die Fischtoxizität verloren. In der Natur werden organische Stoffe von Mikroorganismen abgebaut, die diese als Nahrung und Energiequelle verwerten. In einem begrenzten Maße kann die Natur auch vom Menschen produzierte Abfallstoffe im Wasser abbauen. Bei großen Mengen an Schmutz und Tensiden ist die Natur jedoch überfordert. Der Mensch setzt daher zur Reinigung von Abwässern die Kläranlagen ein. Den vom Menschen gesteuerten Abbauprozess übernehmen ebenfalls die Mikroorganismen in Form des Klärschlammes. Sie brauchen für diesen Stoffwechselprozess Sauerstoff. In natürlichen Gewässern ist dieser nur begrenzt vorhanden. Durch kontrollierte Sauerstoffzufuhr kann dieser Vorgang in der biologischen Stufe der Kläranlage beschleunigt werden (Bild 4). Die Aufspaltung in einen hydrophilen und einen hydrophoben Teil, bei der die Fischtoxizität verloren geht, wird Primärabbau genannt (Bild 3). Die beim Primärabbau entstandenen Zwischenprodukte (Metabolite) werden durch Mikroorganismen und mit Hilfe von Sauerstoff in mehreren Schritten weiter abgebaut. Dieser Prozess wird als Sekundärabbau, Totalabbau oder Mineralisierung bezeichnet. Dabei werden die Metabolite vollständig in Kohlendioxid, Wasser und Mineralsalze zerlegt (Bild 5). Bei manchen Tensiden können die während des biologischen Abbaus entstehenden Metabolite gefährlich für Mensch und Umwelt sein. Aus diesem Grund verzichtet die Industrie im speziellen Fall der APEO-Tenside (Nichtion- Tensid) freiwillig auf deren Einsatz, obwohl es sich dabei um sehr wirkungsvolle Tenside handelt. Der biologische Abbau der Tenside muss nach vorgeschriebenen Verfahren im Labor überprüft werden. In einer Modellkläranlage wird der Abbau des Tensids unter konstanten Bedingungen simuliert (OECD-Test). Detergenzien gelten als biologisch abbaubar (Mineralisierung), wenn die mit bestimmten Prüfverfahren gemessene Rate der biologischen Abbaubarkeit innerhalb von 28 Tagen mindestens 60% beträgt. Dies gilt für alle Tensidarten. Weitere gesetzliche Regelungen zum Gewässerschutz sind z. B. das Wasserhaushaltsgesetz (WHG), die Trinkwasserverordnung, die Direkt- und Indirekteinleiterverordnung, die Phosphathöchstmengenverordnung sowie kommunale Vorschriften. Bild 1: Fischtoxizität Bild 2: Schaum auf Flüssen in den 50er Jahren Bild 4: Biologische Stufe - Kläranlage Metabolite Trennung in hydrophilen und hydrophoben Teil Bild 3: Primärabbau Mineralien, CO 2, H 2 O Bild 5: Sekundärabbau (Totalabbau, Mineralisierung) 16 16

17 2.3 Kalkinaktivierungsmittel Chemie der Inhaltsstoffe Kalkinaktivierungsmittel 2 Im Leitungswasser liegen positiv geladene Calcium- und Magnesiumionen vor. Sie bilden die Wasserhärte (vgl. Kapitel 2.1, Wasser). Diese Ionen können mit negativ geladenen Tensiden zu Kalkseife reagieren (Bild 1). Kalkseife stört den Reinigungsprozess. Sie blockiert einerseits die reinigungsaktiven Tenside und hinterlässt andererseits als wasserunlösliches Molekül einen Schmierfilm. Die Kalkseifenreaktion muss verhindert werden, um ein optimales Reinigungsergebnis ( streifenfreie Oberfläche ) zu erzielen. Die chemische Industrie setzt deshalb ihren Reinigungsprodukten so genannte Kalkinaktivierungsmittel (Enthärter) zu. Der Gehalt an Enthärter in einem Reinigungsmittel ist so bemessen, dass auch in Gebieten mit sehr hartem Wasser gute Reinigungsleistungen erreicht werden. Kalkseife Bild 1: Kalkseifenreaktion Wirkungsweise Um den gelösten Kalk zu inaktivieren, gibt es mehrere Möglichkeiten. Hauptsächlich wird zwischen Ionenaustauschern, Komplexbildnern und Kristallwachstumsinhibitoren unterschieden. Komplexbildner umschließen die störenden Calcium- und Magnesiumionen, so dass sie nach außen neutral wirken. Die anionischen Tenside können sich deshalb nicht mehr mit ihnen verbinden (Bild 2). Ionenaustauscher binden die Calcium- und Magnesiumionen und geben dafür ein Ion ab, das keine störende Reaktion hervorruft (Bild 3). Kristallwachstumsinhibitoren verhindern, dass sich der Kalk beim Auftrocknen zu Kristallen (Kalkflecken) verbindet. Ohne Komplexbildner: Kalkseifenbildung, Tenside reinigen nicht Mit Komplexbildner: Tenside reinigen, Kalk ist eingeschlossen Bild 2: Komplexbildner Na Ca 2 Na Ca 2 Calciumion ist eingeschlossen Bild 3: Ionenaustauscher Ionenaustauschermolekül Calciumion Na Na Arten von Kalkinaktivierungsmitteln Phosphate sind Komplexbildner. Aufgrund ihrer guten Wirksamkeit wurden sie in allen Wasch- und Reinigungsmitteln eingesetzt. Die Folge war, dass ein hoher Anteil an Phosphaten in die Gewässer gelangte. Sie haben jedoch auf die Pflanzenwelt eine wachstumsfördernde (düngende) Wirkung. Unter der Einwirkung von Phosphaten wuchern die Wasserpflanzen in stehenden und langsam fließenden Gewässern. Die Mikroorganismen, die die vielen abgestorbenen Pflanzenteile abbauen, verbrauchen dazu den im Wasser gelösten Sauerstoff. Den Wasserlebewesen wird damit ihre Lebensgrundlage entzogen. Es entsteht eine Kettenreaktion, die alles Leben im Gewässer vernichtet. Dieser Vorgang wird als Eutrophierung (Überdüngung) bezeichnet. Das Wasser fault; es kippt um. Die Sorge um die Umwelt veranlasste die Industrie, nach Phosphatersatzstoffen zu suchen. Bild 4: Eutrophiertes Gewässer EDTA (Ethendiamintetraacetat) und NTA (Nitrilotriacetat) sind wie Phosphate Komplexbildner mit guter Wirkung. Jedoch besitzen sie ebenfalls eine umweltschädigende Eigenschaft. Sie lösen Schwermetalle, z. B. Cadmium und Blei aus dem Grund von stehenden oder langsam fließenden Gewässern heraus. Schwermetalle gelangen somit in das Trinkwasser und führen zu Vergiftungen. Die Industrie verzichtet deshalb freiwillig auf EDTA. Citrate sind Salze der Zitronensäure. Sie sind Komplexbildner und haben eine geringere kalkinaktivierende Wirksamkeit als die Phosphate. Dafür zeigen sie keine umweltschädlichen Einflüsse. Zeolithe (Handelsname SASIL) wirken als Ionenaustauschermoleküle. Sie besitzen eine räumliche Gitterstruktur, in die das kalkbildende Ion eingelagert wird. Dafür wird ein nicht kalkbildendes Ion abgegeben (Bild 3). Zeolithe sind chemisch betrachtet Silikate. Diese bilden die Hauptmasse der natürlich vorkommenden Gesteine und wirken daher umweltneutral. Polycarbonsäuren wirken als Kristallwachstumsinhibitoren. Sie zeigen eine gute Wirksamkeit und werden hauptsächlich in Waschmitteln eingesetzt. Heute werden wieder mehr Phosphate eingesetzt. Inzwischen sind die Kläranlagen in der Lage, Phosphate aus dem Abwasser zu beseitigen. Damit ist das Umweltrisiko der Eutrophierung stark gemindert

18 2 Chemie der Inhaltsstoffe 2.4 Der ph-wert 2.4 Der ph-wert Viele Reinigungsmittel sind gegen Oberflächen, Haut und Schmutz aggressiv. Sie enthalten oft Säuren oder Alkalien. Die Aggressivität dieser Stoffe wird mit dem ph-wert angegeben. Der ph-wert ist die Abkürzung für pondus hydrogenii und bedeutet wörtlich das Gewicht der Hydroniumionen. Damit ist die Wasserstoffionenkonzentration einer Lösung gemeint. Die ph-wert-skala reicht von 0 bis 14. Flüssigkeiten, die einen ph-wert zwischen 0 und 7 haben, heißen Säuren. Flüssigkeiten, die einen ph-wert zwischen 7 und 14 haben, heißen Alkalien. Wenn der ph-wert genau 7 beträgt, reagiert die Lösung Bild 1: Saure und alkalische Behandlungsmittel neutral, also weder sauer noch alkalisch. Aggressive Flüssigkeiten wie z. B. Säuren oder Alkalien entfernen einerseits hartnäckigen Schmutz, anderseits zerstören sie Werkstoffe. Um das richtige Reinigungsmittel für eine zu reinigende Fläche auszuwählen, muss der ph-wert des Reinigungsmittels bekannt sein. Der zu reinigende Werkstoff muss gegenüber diesem ph-wert beständig sein, ansonsten entstehen Schäden. Messung des ph-wertes Der ph-wert wird in der Praxis mit Indikatorlösungen, -papier und Messelektroden gemessen (Bild 4). Indikatoren (lat. indicare = anzeigen) sind Stoffe, die ihre Farbe bei bestimmten Einflussfaktoren verändern. Die Farbe von ph-indikatoren verändert sich in Abhängigkeit der Wasserstoffionenkonzentration. Meist wird ein Universalindikator verwendet. Bei schwach bis stark sauren Lösungen zeigt er eine Farbe von gelborange bis tiefrot. Neutrale Lösungen sind gelbgrün gefärbt, alkalische Lösungen weisen eine Farbabstufung von grün bis tiefblau auf (Bild 2). Beispiel ph-wert Beispiel ph-wert Salzsäure, 3,5% ph = 0 Hautoberfläche ph = 5,5 Magensäure ph = 1 Mineralwasser ph = 6 Oxalsäure, 5% ph = 1 Reines Wasser ph = 7 Essigsäure, 60% ph = 1,4 Blut ph = 7,4 Zitronensäure, 10% ph = 1,7 Darmsaft ph = 8,3 Zitronensaft ph = 2 Waschmittellösung ph = 10 Speiseessig ph = 3 Soda ph = 11 Coca Cola ph = 3 Ammoniaklösung, 25% ph = 12 Wein ph = 4 Natronlauge, 3% ph = 14 Bier ph = 5 Kalilauge, 3% ph = 14 Tabelle 1: Beispiele für unterschiedliche ph-werte gemessen mit Universalindikator Das Indikatorpapier wird mit der zu messenden Flüssigkeit benetzt. Durch Vergleichen mit der Farbskala auf dem Gehäuse der Papierrolle kann der ph-wert festgestellt werden (Bild 2, 4). Einen genaueren Wert liefern elektronische Geräte (Bild 5), die den ph-wert in Abhängigkeit von der Temperatur messen. Solche Geräte werden hauptsächlich im Labor verwendet. Für den Gebäudereiniger sind sie in den meisten Fällen für die Praxis zu unhandlich. Bild 2: ph-papier Bild 3: Hilfsmittel zur ph-wert Messung Bild 4: Messung vor Ort Bild 5: ph-elektrode 18 18

19 Chemie der Inhaltsstoffe Säuren 2.4 Der ph-wert 2 Säuren sind chemische Verbindungen, die sich in einer wässrigen Lösung in Wasserstoffionen (H ) und Säurerestionen aufspalten (dissoziieren). Dadurch dass Wasserstoffionen frei werden, verändert sich deren Anzahl und somit der ph-wert. Er nähert sich 0 an. Säuren besitzen daher immer einen ph-wert, der zwischen 0 und 7 liegt. Je kleiner der ph- Wert, desto aggressiver und stärker dissoziiert ist die Säure. Starke Säuren färben den Universalindikator rot (Bild 1). Wichtige Eigenschaften von Säuren Säuremoleküle dissoziieren in Wasser zu geladenen und frei beweglichen Teilchen, den Ionen. Säuren sind daher elektrisch leitfähig. Beim Kontakt mit unedlen Metallen (z. B. Eisen, Aluminium) entsteht aus dem Säurerestion und dem Metallion ein Salz. Das Metall korrodiert. Mineralische Stoffe wie z. B. Kalk (Calciumcarbonat) werden durch Säuren zersetzt. Säuren greifen Zellulose (z. B. Baumwolle) an. Säuren reagieren mit Alkalien in einer Neutralisationsreaktion zu Salz und Wasser. Dabei wird Wärme frei. Säuren reizen oder verätzen die Haut. Bild 1: ph-wert Messung von Säuren Arten von Säuren Säuren werden anhand ihres chemischen Aufbaus in organische Säuren (Carbonsäuren) und anorganische Säuren (Mineralsäuren) eingeteilt. Organische Säuren stammen ursprünglich aus der belebten Natur. Sie enthalten Kohlenwasserstoffverbindungen. Mikroorganismen sind in der Lage, sie zu Wasser und Kohlendioxid abzubauen (Mineralisierung). Um unabhängig von Rohstoffen und biologischen Prozessen zu sein, werden organische Säuren heute vorwiegend synthetisch (künstlich) hergestellt. Anorganische Säuren werden der unbelebten Natur zugeordnet. Sie können deshalb nicht von Mikroorganismen abgebaut werden. Gelangen anorganische Säuren in Gewässer, bilden sie umweltschädliche Salze. Bild 2: Saure Behandlungsmittel Wichtige Säuren in Reinigungsmitteln Säure Chemische Formel Salze Reinigungstechnische Eigenschaften Oxalsäure (Ethandisäure) HOOC-COOH Oxalate (z. B. Kleesalz) wirken entfärbend, rostbeseitigend, Einsatz in Detachurmitteln Organisch Ameisensäure (Methansäure) H-COOH Formiate (Methanate) stechend riechend, hohes Kalklösevermögen, Einsatz in sauren Sanitärreinigern, Kalklösern, Zementschleierentfernern Essigsäure (Ethansäure) CH 3 -COOH Acetate (Ethanate) stechend riechend, gut kalklösend, Einsatz in sauren Sanitärreinigern Zitronensäure (2-Hydroxi-1,2,3 propantricarbonsäure) C 6 H 8 O 7 Citrate Einsatz in sauren Sanitärreinigern, WC-Reinigern Säure Chemische Formel Salze Reinigungstechnische Eigenschaften Anorganisch Phosphorsäure H 3 PO 4 Phosphate wirkt bei vielen Metallen korrosionshemmend, gut kalklösend, Einsatz in Sanitärgrundreinigern Salzsäure (Chlorwasserstoffsäure) HCI Chloride greift Oberflächen stark an, neigt zu Ausblühungen, Einsatz in Fassadenreinigern Amidosulfonsäure H 2 NSO 2 OH Sulfate Einsatz in Sanitärreinigern, WC-Reinigern, gut kalklösend, reizend, wenig materialschädigend Flusssäure (Fluorwasserstoffsäure) HF Fluoride giftig, ätzend, rostlösend, Einsatz zur Industrieglasreinigung Tabelle 1: Säuren 19 19

20 2 Chemie der Inhaltsstoffe 2.4 ph-wert Alkalien Alkalien (Basen, Laugen) sind chemische Verbindungen, die in wässriger Lösung in Hydroxidionen (OH ) und in Metallkationen zerfallen. Dazu zählen in erster Linie die Verbindungen mit den Alkalimetallen Natrium und Kalium. Aufgrund ihrer starken ätzenden Wirkung werden sie auch als Ätzalkalien bezeichnet. Sie reagieren mit Wasser alkalisch, machen die Haut schlüpfrig und können sie reizen bzw. ätzen. Da im Wasser gleich viele OH und H -Ionen vorliegen, erhöht sich bei Zugabe von Basen die OH -Ionenkonzentration im Vergleich zur H -Ionenkonzentration. Damit verändert sich der ph-wert. Er liegt bei Alkalien zwischen 7 und 14. Je höher der ph-wert, desto aggressiver ist die Alkalie. Starke Alkalien färben den Universalindikator blau (Bild 1). Alkalien sind chemische Verbindungen, die in einer Neutralisationsreaktion mit Säuren Salze bilden können. Für die Säuren sind sie die Grundlage (gr. basis) zur Salzbildung. Von dieser Eigenschaft wurde der Name Basen für Alkalien abgeleitet. Bild 1: ph-wert Messung von Alkalien Wichtige Eigenschaften von Alkalien Alkalien sind elektrisch leitfähig, weil sie wie die Säuren in Wasser zu Ionen zerfallen. Alkalien zersetzen organische Stoffe wie z. B. Gummi, Wachse, Fette und Öle. Alkalien reagieren mit Fetten zu Seifen (Verseifungsreaktion). Alkalien zerstören Eiweiß. Viele Hautverätzungen beruhen auf dieser Eigenschaft. Alkalien reagieren mit Säuren in einer Neutralisationsreaktion zu Salz und Wasser. Dabei wird Wärme frei. Arten von Alkalien Alkalien sind sogenannte Hydroxidverbindungen. Als Hydroxide werden Moleküle bezeichnet, die eine oder mehrere freie Hydroxidionen (OH -Gruppen) enthalten. Aus Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid und Ammoniumhydroxid entstehen die für das Gebäudereinigerhandwerk wichtigen Alkalien Natronlauge, Kalilauge und Ammoniakwasser (Salmiakgeist). Die wässrige Lösung von Natriumcarbonat (Soda) reagiert stark alkalisch und wird ebenfalls in Reinigungsmitteln eingesetzt. Bild 2: Alkalische Behandlungsmittel Wichtige Alkalien in Behandlungsmitteln Alkalien Wässrige Lösung Chemische Formel Reinigungstechnische Eigenschaften Einsatzgebiete Natriumhydroxid Kaliumhydroxid Ammoniakwasser Natriumcarbonat Natronlauge NaOH stark alkalisch, ätzend, verseift Fette, Natriumhydroxid ist stark hygroskopisch, Natronlauge wird zur Kernseifenherstellung verwendet Kalilauge KOH stark alkalisch, ätzend, verseift Fette, nimmt aus der Luft Kohlendioxid auf, Kalilauge wird zur Schmierseifenherstellung verwendet Salmiakgeist NH 4 OH Ammoniak ist sehr gut wasserlöslich, mittelstark alkalisch, hohes Emulgiervermögen, Ammoniakgas entweicht Sodalösung Na 2 CO 3 stark alkalisch, wird zur Herstellung von Seifen und Glas verwendet Tabelle 1: Alkalien Grundreiniger Abflussreiniger Backofenreiniger Grillreiniger Fassadenreiniger Industriereiniger Grundreiniger Abflussreiniger Backofenreiniger Grillreiniger Fassadenreiniger Industriereiniger alkalische Allzweckreiniger ( salmiak-verstärkt ) Grundreiniger Grundreiniger, pulverförmige WC-Reiniger 20 20

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