Albrecht-Ernst-Gymnasium Oettingen. Qualifikationsphase 2011/2013 SEMINARARBEIT. aus dem Fach. Biologie. Seifen und Waschmittel im Vergleich

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1 Albrecht-Ernst-Gymnasium Oettingen Qualifikationsphase 2011/2013 SEMINARARBEIT aus dem Fach Biologie Thema: Seifen und Waschmittel im Vergleich - Allgemein und unter ökologischem Aspekt Verfasser der Seminararbeit: Janek Wonner Seminar: Ökologie der Wörnitz Leitfach des Seminars: Biologie Kursleiter: StR Michael Schwingel Abgabetermin: 06. November 2012 Abgegeben am: 06. November 2012 Mündliche Prüfung abgelegt am: Erzielte Punkte der schriftlichen Arbeit: Erzielte Punkte der mündlichen Prüfung: Gesamtpunktzahl (3-fach schriftlich + mündlich = 4-fache Wertung): Doppelte Wertung (= 4-fache Wertung geteilt durch 2, gerundet): Unterschrift des Kursleiters:... 1

2 Inhaltsverzeichnis 1. Entwicklung von Seifen zu modernen Tensiden 3 2. Untersuchung von Seife und Tensiden Geschichte der Herstellung der jeweiligen Tenside Seife als Salz einer Fettsäure Waschmittel als ein künstliches Tensid Untersuchung von Seife Eigenschaften von Tensiden allgemein Herabsetzung der Grenzflächenspannung Tenside im Inneren der wässrigen Phase Einfluss von Tensiden auf Emulsionen Tenside als Suspensionsstabilisatoren Schaumbildung durch Tenside Einfluss der Veränderung verschiedener Parameter auf 11 die Funktion von Seife Zusammenfassung Untersuchung von künstlichen Tensiden Eigenschaften Anionischen Tenside Kationischen Tenside Nichtionischen Tenside Amphotere Tenside Einfluss der Veränderung verschiedener Parameter auf 14 die Funktion von künstlichen Tensiden Zusammenfassung Umweltverträglichkeit der Stoffe Einfluss von Seife auf die Umwelt Einfluss von künstlichen Tensiden auf die Umwelt Mögliche Zukunft der Tenside Resümee Quellenverzeichnis Schriftwerke Internetquellen/Bildquellen 19 2

3 1. Entwicklung von Seife zu modernen Tensiden Jeder kennt es und jeder hat es schon einmal benutzt ein Waschmittel. Manche aus der älteren Generation kennen es vielleicht sogar noch, mit Seife zu waschen. Mittlerweile ist dies jedoch nicht mehr üblich, denn Waschmittel haben sich durchgesetzt. Doch was sind die Vorteile von Waschmitteln gegenüber der herkömmlichen Seife und warum wurde diese abgelöst? Diese Frage soll in meiner Arbeit geklärt werden. So soll eine grobe Übersicht über die wichtigsten Informationen zu Tensiden gegeben werden. Einerseits soll unter Betrachtung der Vor- und Nachteile ein Vergleich zwischen Seifen und Waschmitteln gezogen und die Aussagen mit Versuche belegt werden. Anderseits werden aber auch Informationen über derzeitige Forschungen enthalten sein, die vielleicht in naher Zukunft ein umweltfreundlicheres Waschen ermöglichen werden. Diesen Aspekt halte ich für wichtig, da mit dem Anwachsen der Weltbevölkerung in den letzten Jahrzehnten auch zunehmend mehr Waschmittel eingesetzt werden. Zum Schluss soll noch geklärt werden, ob es zu den synthetischen Tensiden eine sinnvolle Alternative gibt. Es ist jedoch nicht leicht, Literatur zu diesen Themen zu finden, obwohl es eine so alltägliche Thematik ist. Beim Gateway Bayern und bei verschiedenen anderen Bibliotheksverzeichnissen bzw. Universitätsbibliotheken wurden Recherchen dazu getätigt, die jedoch keine Ergebnisse erbrachten. Für eine Seminararbeit gibt es zu dem Thema Umwelteinfluss durch Tenside und Seife keine hilfreiche Literatur. Deswegen wurden vorwiegend Quellen aus dem Internet herangezogen. Diese beinhalten Veröffentlichungen und Informationen von Firmen wie BASF. Da es sich dabei aber um privatwirtschaftliche Studien handelt, soll jedoch deren Aussagen kritisch ausgewertet werden. 3

4 2. Analyse und Synthese von Seife und Tensiden 2.1 Synthese der jeweiligen Tenside Die Herstellung der Seife bzw. Vorgänger der Seife hat schon vor der Geburt Christi statt gefunden. Ab den 1950er Jahren wurden dann auch die uns heute bekannten modernen Waschmittel eingeführt. Für die Herstellung der dazu notwendigen künstlichen Tensiden gibt es sehr viele verschiedene Methoden. In dieser Arbeit werden jedoch nur jene Methoden behandelt, die einfach und damit leicht verständlich sind Seife als Salz einer Fettsäure Ganz allgemein lässt sich die Seifenherstellung mit folgender Formel darstellen: Fett + Lauge Glycerin + Alkalisalz Bevor man die Seife erfand, hat man sich mit einer Mischung aus Asche und Wasser beholfen. Dies war besonders effektiv, wenn die Asche reich an Kalium war. Die eigentliche waschwirksame Asche ist die Pottasche, die aus Kalium, Kohlenstoff und Sauerstoff besteht (K 2 CO 3 ). Später entdeckten die Ägypter dann Soda, auch Natriumkarbonat (Na 2 CO 3 ) genannt, das sie als Mineral in der Wüste fanden. Diese beiden Substanzen sind gemischt mit Wasser schon waschaktiv. Jedoch bemerkte man schnell, dass ein Verkochen von Soda oder Pottasche mit Fett einen noch waschaktiveren Stoff ergab die Seife. Im Mittelalter wurden für die Herstellung von Seife dann Olivenöl und Asche von Meerespflanzen zusammen gesiedet. Im 19. Jahrhundert konnte man schon gezielt Natrium- und Kaliumseife herstellen. Natriumseife ist eine Kernseife, das heißt sie ist fest und flockig(siehe Abb. 1). Kaliumseife dagegen ist eine Schmierseife, also flüssig(siehe Abb. 2). 2 Seifen werden heutzutage in großen Fabriken in geschlossenen Anlagen herstellt, Abb. 1: Strukturformel der Natriumseife Abb. 2: Strukturformel der Kaliumseife 1 Wäsche waschen sanft und sauber / Ebd. 4

5 früher hingegen fand der Produktionsprozess in offenen Kesseln statt. Zuerst wird ein Fett mit einer Lauge gekocht. Diesen Prozess nennt man Seifensieden bzw. die chemische Reaktion die Verseifung(siehe Abb. 3). Das Fett wird dabei in Glycerin und das Alkalisalz der Fettsäure zerlegt. Während des Seifensiedens erhält man eine Emulsion, die Seifenleim genannt wird und mit Natriumchlorid oder Kalilauge versetzt wird. Daraufhin trennt sich die Emulsion in einen obenschwimmenden Seifenkern und eine Unterlauge auf. Der Seifenkern besteht größtenteils aus dem Alkalisalz, die Unterlauge aus der überschüssigen Lauge und Glycerin. Der Seifenkern wird anschließend von der Unterlauge getrennt und mit viel Wasser und ein wenig Lauge aufgekocht, um ihn von den übrigen Verunreinigungen zu trennen. Nach dem Wiederholen des Prozesses erhält man dann Kernseife. 3 Abb. 3: Verseifungsreak tion Waschmittel als ein künstliches Tensid Als exemplarisches Beispiel für die Entwicklung der Waschmittel lässt sich Persil heranziehen, das erste selbsttätige Waschmittel, welches um 1900 entwickelt wurde. 4 Es war eine Mischung von Perborat und Silikat (welches heute immer noch als Wasserenthärter verwendet wird). Es wurde als selbsttätig bezeichnet, da es ohne mechanische Einwirkung eine reinigende Wirkung erzielen sollte, was aber nach heutigem Kenntnisstand damals keineswegs möglich war. Als nächstes kamen Soda und Natriumperborat hinzu und sollten auch ohne Bewegung eine Waschwirkung erzielen. Doch auch diese erbrachten nicht den gewünschten Effekt. Später wurde das Soda durch 3 Seife - Wikipedia ( 4 Persil - ( 5

6 Seifenflocken ersetzt, da es die Wäsche angriff und auch die Haut des Wäschers gereizt wurde. Die Seife dafür wurde zunächst wie in alter Zeit aus Rindertalg und Schweinefett, aber auch aus Rizinusöl und Olivenöl produziert. Die ersten synthetischen Tenside wurden 1933 hergestellt. Im Jahre 1950 und in der darauf folgenden Zeit wurden verschiedene weitere Waschzusätze wie Aufheller und Parfümöle hinzugefügt. Nach Aufkommen der Trommelwaschmaschine wurden Silikonöle beigefügt, um die Schaumbildung zu begrenzen. Als nächstes Problem erkannte man die Wasserhärte, welches man mit Hilfe von Natriumphosphaten beheben wollte. Doch auch dies war ein falscher Ansatz, denn die Natriumphosphate belasteten die Gewässer wurden dann noch optische Aufheller und Waschenzyme, die dem Waschpulver das erste Mal eine selbsttätige Komponente verliehen, hinzugefügt. Die Enzyme waren sogar umwelttechnisch unproblematisch, ganz im Gegensatz zu den vorher genannten Komponenten eines Waschmittels. Außerdem konnten sie ohne mechanische Einwirkung Eiweiß aufspalten und somit Flecken wie Milch, Blut oder Kakao entfernen wurden die nichtionischen Tenside entdeckt, die den großen Vorteil haben, dass sie ungeladen sind, ihre Wirkung also unabhängig von der Wasserhärte ist. 5 Grundsätzlich haben Tenside folgenden Aufbau: Abb. 4: Aufbau eines Tensidmolek üls Der hydrophobe (fettliebende) Teil besteht aus einem langkettigen Kohlenstoffrest und der hydrophile (wasserliebende) Teil aus einem Carboxylat- Anion. (vgl. Abb. 4) 5 Wäsche waschen sanft und sauber /

7 Tenside unterteilt man in vier Kategorien: die anionischen, kationischen, nichtionischen und amphoteren Tenside. Die Herstellungsmöglichkeiten für Tenside sind so breit gefächert, dass es nicht möglich ist, alle in dieser Arbeit darzulegen. Deswegen wird für jede Kategorie ein Tensid exemplarisch erklärt. 6 Anionische Tenside: Diese Tenside besitzen eine negative Ladung in ihrem hydrophilen Teil. Ein Beispiel für ein solches Tensid ist FAS(Fettalkoholsulfat): entscheidende Ladung H 3 C-(CH 2 ) n -CH 2 -O-SO 3 H + NaOH H 3 C-(CH 2 ) n -CH 2 -O-SO 3- + Na + H 2 O 7 Für n gilt: 8 n 16 8 Nichtionische Tenside: Diese Tenside besitzen keine Ladung. Ein Beispiel für ein solches Tensid ist FAEO(Fettalkoholethoxylat): R-OH + (C 2 H 4 O) n R-O-(C 2 H 4 O) n -H 9 R= H 3 C-CH 2 -(CH 2 ) m ; Für m gilt: 8 n 16 ; Für n gilt: 8 n 16; 10 Kationische Tenside: Es wurde nur ein Tensid exemplarisch dargestellt, da zu den kationischen Tensiden leider kein Beispiel für die Herstellung eines solchen gefunden werden konnte. Das gilt auch für die amphoteren Tenside. Das liegt daran, dass von der Tensidindustrie nicht viel preisgegeben wird, was die Beschaffung von Informationen in manchen Bereichen sehr erschwert oder gar unmöglich macht. Kationische Tenside besitzen eine positive Ladung in ihrem hydrophilen Teil. entscheidende Ladung R-N + -3(CH 3 ) + Br - ; 11 R= C 12 H 25 Cetyltrime- thylammonium Chlorid 6 Seifen und Waschmittel / Seifen- und Tensidherstellung ( 8 Studienmaterialien für Umweltwissenschaften ( 9 Polyalkylenglycolether ( 10 Studienmaterialiennnn für Umweltwissenschaften ( 11 Cetyltrimethylammoniumbromid ( 7

8 Amphotere Tenside: Diese Tenside besitzen eine negative und eine positive Ladung in ihrem hydrophilen Teil. Deswegen hängt ihre Ladung vom ph-wert ab. -bei ph < 7: positiv geladen -bei ph > 7: negativ geladen Ein Beispiel für ein solches Tensid ist Alkylbetain: entscheidende Ladungen CH 3 R N + CH 2 COO - ; 12 R=C H CH Untersuchung von Seife Eigenschaften von Tensiden allgemein Die im Folgenden beschriebenen Eigenschaften gelten genauso für Seife wie für künstliche Tenside. In wird auf die Eigenschaften der einzelnen künstlichen Tenside genauer eingegangen Herabsetzung der Grenzflächenspannung Die typischen Eigenschaften der Tenside sind auf das Vorhandensein eines hydrophilen und eines hydrophoben Teiles zurückzuführen. Aufgrund dessen haben sie so verschiedene Wirkungsweisen. Die wichtigste Eigenschaft von Tensiden ist die Herabsetzung der Grenzflächenspannung von Flüssigkeiten, die auftritt, wenn zwei Phasen mit unterschiedlichem Aggregatzustand aufeinanderstoßen. Beispielsweise bildet Wasser durch die Anziehungskräfte der einzelnen Wassermoleküle eine Oberflächenspannung. Wenn sich jedoch ein Tensidmolekül zwischen die Wassermoleküle an der Oberfläche zwängt, so sind die Kräfte schwächer und damit auch die Oberflächenspannung Betain ( 13 Tenside-Textheft /

9 Tenside im Inneren der wässrigen Phase Doch nicht nur an der Oberfläche haben Tenside eine Wirkung, sondern auch im Inneren einer wässrigen Phase. Dort bilden sie, je nach Konzentration, verschiedene und nur den Tensiden eigene Molekülverbände. Aus der Vielzahl dieser Verbände lassen sich viele Eigenschaften, die vor allem für die Anwendung von Tensiden relevant sind, ableiten. Bei einer geringen Konzentration von Tensiden sind sie im Wasser gelöst und reichern sich besonders an der Oberfläche an. Doch dies kann bei steigender Konzentration nur solange stattfinden, bis die Oberfläche vollständig bedeckt ist. Da Tenside einen hydrophoben Molekülteil haben, bilden sie bei bereits bedeckter Oberfläche Mizellen (siehe Abb. 5). Dabei zeigen die hydrophilen Enden nach außen (den Wassermolekülen in der Lösung zugekehrt) und die hydrophoben Enden sind im Inneren der Mizellen, wo sie von Van der Waals Wechselwirkungen stabilisiert werden, so dass sie keinen Kontakt zum Wasser haben. Neben den Mizellen liegen auch einzelne, im Wasser gelöste Tensidmoleküle Abb. 5: Mizelle in Wasserlösung vor, welche in einem dyna-mischen Gleichgewicht zu den ersteren stehen. Mizellen ermöglichen es, organische Substanzen in mizellaren Lösungen zu lösen, die eigentlich in in einer solchen nicht löslich sind. Das bezeichnet man als Solubilisierung. Jede Mizelle hat eine bestimmte Solubilisierungskapizität, die von der Größe der Mizelle abhängt: Bei nichtionischen Tensiden sind dies meist zwischen 50 und 1000 Tensidteilchen pro Mizelle, bei ionischen hingegen nur etwa 50 Teilchen. Wenn eine Mizelle hydrophobe Moleküle in ihrem Inneren gebunden hat, vergrößert sie sich leicht Einfluss von Tensiden auf Emulsionen Doch Tenside können neben dem Solubilisieren auch noch Emulsionen und Suspensionen stabilisieren. Eine Emulsion besteht aus zwei nicht oder nur teilweise mischbaren Flüssigkeiten, wie zum Beispiel Öl und Wasser. Bei einer Emulsion ist einer der beiden Stoffe fein in dem anderen verteilt. Dieser 14 Ebd. 9

10 Zustand kann aber nur durch mechanische Einwirkung erreicht werden und hält ohne weiteres Zutun nicht lange an. Die zwei Flüssigkeiten trennen sich dann wieder voneinander, wobei die Flüssigkeit mit der geringeren Dichte (bei Öl und Wasser ist dies Öl) obenauf schwimmt. Doch nicht nur durch mechanische Einwirkung lässt sich die Grenzfläche vergrößern ( Tropfenbildung der einen Flüssigkeit), sondern auch durch die Erniedrigung der Grenzflächenspannung, was Tenside ermöglichen. Allerdings erniedrigen sie nicht nur die Spannung, sondern stabilisieren die Emulsion zusätzlich, indem sie Grenzflächenfilme bilden Tenside als Suspensionsstabilisatoren So wie Tenside bei zwei Flüssigkeiten als Emulsions-Stabilisator wirken können, so können sie auch die Aufhebung vom fein verteilten Zustand eines Feststoffes in einer Flüssigkeit verhindern. Sie verhindern also die Zusammenballung des Feststoffes und verzögern somit dessen Sedimentation. Das wird als eine Suspensions-Stabilisierung bezeichnet. Dabei setzen sich die Tensidmoleküle mit ihrem hydrophoben Ende an den Feststoff und dienen so als Abschirmung. Bei ionischen Tensiden kommt noch die elektrostatische Abstoßung hinzu, welche die einzelnen Feststoffteilchen voneinander fernhält Schaumbildung durch Tenside Eine weitere wichtige Eigenschaft der Tenside ist die Fähigkeit zur Schaumbildung. Das bedeutet, dass Luftblasen in Wasser dispergieren, was oftmals in der Körperpflege, der Reinigung von Textilien, der Erzflotation oder beim Löschen von Treibstoffbränden notwendig ist. Wie Schaumbildung funktioniert, zeigt diese Abbildung sehr deutlich. Eine große Anzahl Tenside schließt eine Luftblase in ihren hydrophoben Enden ein und wird dann von Wasser an ihren hydrophilen Enden umgeben (siehe Abb. 6). 17 Abb. 6: Schematische Darstellung der Schaumbildung 15 Ebd. 16 Ebd. 17 Ebd. 10

11 2.2.2 Einfluss der Veränderung verschiedener Parameter auf die Funktion von Seife Im Folgenden wird der Einfluss durch die Veränderung der Temperatur, des ph- Wertes und der Wasserhärte auf die Funktion der Seife untersucht. Dazu wurden Versuche durchgeführt, deren Ergebnisse in Tabellen zusammengefasst sind. Als Indikator der Funktionsfähigkeit wurde jeweils die Schaumbildung benutzt. Dies gilt auch für die Versuche zu den künstlichen Tensiden. Temperatur: Wie in der Tabelle abzulesen ist, wirkt Seife bei Leitungswassertemperatur nicht. Man muss das Wasser erst erhitzen, damit Seife eine Wirkung erzielt. Das liegt daran, dass Seife sich in kaltem Wasser sehr schlecht löst und es deswegen zu keiner Schaumbildung kommt, also auch kaum Waschwirkung erzielt wird. ph-wert: Bei einem sauren Milieu hat die Seife keinerlei Wirkung mehr. Im neutralen Bereich zeigt sie Wirkung, jedoch ist diese sehr schlecht. Am besten wirkt sie im Alkalischen. Dies liegt am verschiedenen Vorkommen von H 3 O + -Ionen. Im sauren Wasser sind vorwiegend diese Ionen vorhanden, in alkalischen Wasser hingegen vorwiegend OH - -Ionen. Da H 3 O + -Ionen den hydrophilen Teil der Seife angreifen und sie damit funktionsunfähig machen, wirkt Seife also im sauren Milieu nicht. Bei einem neutralen ph-wert dagegen wirkt sie zwar, aber da das Verhältnis von H 3 O + -Ionen zu OH - -Ionen 1:1 ist, werden noch viele Seifenteilchen angegriffen. Erst bei einem hohen ph-wert, der eine sehr geringe Konzentration von H 3 O + -Ionen bedeutet, werden sehr wenige Seifenteilchen angegriffen, so dass die Wirkung sehr gut ist Cosmiq ( Seife-kein-Schaum-sondern-ein-Feststoff/) 11

12 Wasserhärte: Die Wasserhärte gibt die Konzentration von Kationen und Erdalkalimetallen an. Diese Kationen reagieren mit der Seife und bilden so unlösliche Kalkseifen, die keine Waschwirkung mehr besitzen. Je höher der Härtegrad ist ( dh), desto geringer ist die Schaumbildung und die Waschwirkung bei der Seife Zusammenfassung Seife hat einige Vorteile, wie zum Beispiel den billigen Preis oder die gute Waschwirkung. Aber bei Vielen ist sie auch aufgrund dessen beliebt, dass man sie selbst herstellen kann und sie in schönen Formen und Farben erhältlich ist. Außerdem ist sie nicht so gesundheitsschädlich wie viele künstliche Tenside. Deswegen wird sie heutzutage in erster Linie für die Körperpflege verwendet. Doch die Nachteile sind, dass Seife bei kaltem oder hartem Wasser nicht mehr wirkt. Deswegen ist ihre Verwendung erschwert, da man immer warmes Wasser braucht, und durchschnittliches Leitungswasser schon so hart ist, dass ihre Wirkung eingeschränkt ist. 2.3 Untersuchung von künstlichen Tensiden Eigenschaften Anionische Tenside: Diese sind die am meisten verwendeten waschaktiven Substanzen in modernen Waschmitteln. In Wasser gelöst bilden sie die Anionen, die für die grenzflächenaktiven Eigenschaften verantwortlich sind. Anionische Tenside besitzen eine gute Wasserlöslichkeit sowie Waschaktivität und sind außerdem billig in der Herstellung. Auch in Shampoos sind sie enthalten, da sie eine gute Schaumbildung haben und das Haar glätten. Doch der Nachteil der Anionen ist, dass sie sehr empfindlich gegenüber hartem Wasser sind. 19 Seifen und Waschmittel / Tenside-Textheft / Umweltbundesamt 12

13 Kationische Tenside: Kationische Tenside haben keine eigentliche Waschwirkung, sondern dienen als Weichspüler, da sie sich an negativ geladene Fasern und Oberflächen anlagern können. Dies ist auch beim Waschen der Haare nützlich, da die Haare so geglättet werden, mehr glänzen und sich besser kämmen lassen. Außerdem haben kationische Tenside eine mikrobizide Wirkung, wirken also als ein Hygienemittel. In Wasser gelöst bilden sie Kationen, die Träger der grenzflächenaktiven Eigenschaften sind. Diese lagern sich nämlich an der Faseroberfläche an, wobei das hydrophobe Ende von der Faser wegsteht. Dadurch entstehen abstoßende Kräfte durch die langen C-Ketten, die verhindern, dass sich die einzelnen Fasern ineinander verhaken, so dass sich die Wäsche weicher anfühlt und das Bügeln erleichtert wird. Doch diese Tenside gelten als hautreizend und sind auch aufgrund ihrer schlechten biologischen Abbaubar keit kritisch zu beurteilen Nichtionische Tenside: Diese werden in Waschmitteln in Kombination mit anionischen Tensiden eingesetzt, da sie die Waschaktivität bei niedrigeren Temperaturen steigern und unempfindlich gegenüber hoher Wasserhärte sind. Sie sind auch die mildesten Tenside und schaden der Haut am wenigstens. Sie werden in Shampoos eingesetzt, um das Haar geschmeidiger und kämmbarer zu machen. Niotenside (nichtionische Tenside) sind die zweitwichtigsten Bestandteile der modernen Waschmittel Amphotere Tenside: Diese Tenside besitzen ein gutes Waschvermögen und sind dazu auch noch unempfindlich gegenüber der Wasserhärte. Zudem sind sie sehr hautverträg- ( 22 Tenside-Textheft / Umweltbundesamt ( 24 Tenside-Textheft / Umweltbundesamt ( 13

14 lich und haben eine antimikrobielle Wirkung. Ein weiterer Vorteil ist, dass sie biologisch gut abbaubar sind. Außerdem mildern sie Hautirritationen, die durch anionische oder kationische Tenside ausgelöst wurden. Jedoch sind sie relativ teuer in der Produktion und deshalb die wirtschaftlich am wenigstens vertretene Tensidgruppe. Sie kommen nur in wenigen Körperpflegeprodukten vor Einfluss der Veränderung verschiedener Parameter auf die Wirkung von künstlichen Tensiden Bei den künstlichen Tensiden wurden zu zwei Tensidklassen Versuche gemacht: den anionischen und den kationischen Tensiden. Die anderen Untersuchungen waren aus Materialgründen nicht möglich. Bei kationischen und anionischen Tensiden sind die Einflüsse jeweils gleich, deswegen können die Ergebnisse jeweils auf beide Tensidgruppen angewendet werden. Temperatur: Beide Tenside funktionieren bei jeder Temperatur. Das liegt daran, dass sie sich problemlos in Wasser lösen und man dieses dazu nicht erwärmen muss. Deswegen sind sie auch in Waschmitteln wichtig, da sie schon bei Waschtemperaturen von 20 C eine Wirkung erzielen im Gegensatz zur Seife. Da die benötigte Temperatur so niedrig ist, wirken diese Tenside besonders energiesparend. ph-wert: Die Versuche haben ergeben, dass die Tenside im sauren und basischen Milieu funktionieren, jedoch nicht im neutralen Bereich. Eigentlich dürften anionische Tenside nur im Alkalischen wirken können und kationische nur im Sauren. Um erklären zu können, warum sie in 26 Tenside-Textheft / Umweltbundesamt ( 14

15 jedem Milieu wirksam sind, ziehen wir die Alkylbenzolsulfonate als Beispiel heran. Diese sind Salze der Benzolsulfonsäure. Da dies aber eine sehr starke Säure ist, sind die Alkylbenzolsulfonate schwache korrespondierende Basen und somit nicht säureempfindlich. Aufgrund dessen müssten die Tenside auch im neutralen Bereich wirken. Das verfälschte Ergebnis kann entweder an verschmutzten Versuchsmaterialien liegen oder an Ungenauigkeiten, die im Rahmen der Schulchemie nicht zu vermeiden sind. 28 Wasserhärte: Beide Tenside sind zwar etwas empfindlich gegenüber der Wasserhärte, dies ist jedoch sehr viel geringer als bei der Seife und kann ohne Probleme mit Wasserenthärtern in Waschmitteln gelöst werden. Das ist ein entscheidender Vorteil gegenüber der Seife Zusammenfassung Künstliche Tenside haben gegenüber der Seife zum einen den Vorteil, dass sie auch bei niedrigen Temperaturen wirken und nicht so empfindlich gegenüber hartem Wasser sind. Außerdem wirken sie unabhängig vom ph-wert der Lösung. Hinzu kommt, dass kationische Tenside eine biozide Wirkung haben und als Weichspüler dienen und ebenso wie nichtionische Tenside die Waschkraft bei niedrigen Temperaturen steigern. Doch letztere haben auch erhebliche Nachteile: Sie sind teilweise sehr teuer, nur im industriellen Maßstab herzustellen und können extrem gesundheitsschädlich sein. Zum Abschluss werden in der folgenden Tabelle noch einmal die Eigenschaften der Tensidgruppen einander gegenüber gestellt. Die einzelnen Tensidklassen sind von den anionischen Tensiden absteigend immer weniger in der Industrie vertreten. (Tabelle siehe nächste Seite) 28 Oldenburg ( 29 Landesamt für Umwelt ( 15

16 Tensidklasse Anionische Tenside Nichtionische Tenside Waschwirkung Empfindlichkeit gegenüber hartem Wasser Preis gut hoch billig steigernd sehr gering (temperaturabhängig) Kationische Tenside keine sehr gering Amphotere Tenside etwas teurer Nicht verfügbar gut gering verhältnismäßig teuer Steigern Waschkraft auch bei niedrigen Temperaturen Sonstige Wirkung Weichspülerwirkung/ biozide Wirkung 2.4 Umweltverträglichkeit der Stoffe Seifen und künstliche Tenside haben beide einen Einfluss auf die Umwelt, sowohl auf die menschliche Gesundheit als auch auf die Flora und Fauna in Flüssen. Das Problem ist, dass Tenside in den meisten Fällen bei der Anwendung nicht verbraucht oder chemisch verändert werden und somit in Abwässer oder ganz selten auch in Seen und Flüssen auftreten können Einfluss von Seife auf die Umwelt Seife kann leichter abgebaut werden, da sie aus natürlichen Stoffen besteht. Deswegen ist sie umweltfreundlicher als synthetische Tenside, die auf Erdölbasis hergestellt wurden. Doch auch sie greift den natürlichen Säureschutzmantel unserer Haut an. Allerdings hat sie keinen nennenswerten negativen Einfluss auf die Umwelt Einfluss von künstlichen Tensiden auf die Umwelt Speziell bei der anfänglichen Verwendung von synthetischen Tensiden gab es häufig Probleme, da man noch nicht wusste, welchen Effekt Tenside haben und die damals verwendeten nur sehr langsam abbaubar waren. Außerdem waren die Kläranlagen noch nicht leistungsfähig genug, um solche Stoffe aus dem Wasser zu filtern. Das Problem war, dass stark verzweigte Kohlenwasserstoffketten sehr schwer abbaubar sind und sie deswegen unabgebaut in den Flüssen verblieben. So kam es 16

17 dann auf der Oberfläche der Flüsse zur vermehrten Schaumbildung. Diese Schäume wurden durch andere Verunreinigungen des Flusses noch stabilisiert und hielten so besonders lange und verschandelten das Bild der Flüsse. Ein Problem war auch, dass der von den Tensiden abgelöste Schmutz zum Teil mit in die Flüsse getragen wurde. Die dort lebenden Fische kamen dann mit den Tensiden in Kontakt und diese schädigten dann die empfindlichen Membrane in den Kiemen der Fische oder auch anderer im Wasser lebenden Tiere. Doch nicht nur auf Tiere haben Tenside einen schädlichen Einfluss, sondern auch auf den Menschen. Solange sie ordnungsgemäß benutzt werden, können sie keinen Schaden anrichten. Jedoch können sie bei zu langem Kontakt mit der Haut oder insbesondere mit der empfindlichen Schleimhaut zu Reizungen oder Entzündungen führen. Bei Körperpflegeprodukten, die für häufige Anwendungen gedacht sind, werden zum Beispiel Amphotenside oder Proteine hinzugefügt, welche die Hautverträglichkeit gegenüber Aniontensiden ebenso verbessern. Denn Tenside entfernen beim Waschen Teile der auf der Haut befindlichen Lipide oder anderer Stoffe, was zeitweise zu trockener und gereizter Haut führen kann. 2.5 Mögliche Zukunft der Tenside Die oben beschriebenen Probleme, die künstliche Tenside mit sich bringen, lassen sich heute schon teilweise lösen. Es gibt nämlich bereits Stoffe, die nicht so umweltschädlich wie synthetische Tenside sind und trotzdem eine gute Waschwirkung erzielen. Zum Beispiel kann man Seifen aus natürlichen Fetten herstellen und nicht aus petrochemischen Stoffen. Stattdessen kann man Palmkernöl, Kokosöl, Olivenöle oder Ähnliches verwenden. Die BASF befasst sich mit Verfahren, mit denen sich aus Fetten und Ölen Tenside mit bestimmten Eigenschaften herstellen lassen sollen. Eine Möglichkeit sind enzymatische und fermentative Verfahren, wo Enzyme oder Mikroorganismen zur Produktion von Tensiden dienen. Doch dazu muss man erst Methoden finden, die effizient und produktionstauglich sind. Es wird also in erster Linie eine Frage der Wirtschaftlichkeit sein, ob sich diese Produktionsweise durchsetzt. Auch die indische Waschnuss ist eine Alternative. Die Schale dieser Nüsse enthält ein natürliches Tensid: das Saponin. Die Pflanze schützt sich damit vor Pilz- und Schädlingsbefall, doch die Inder nutzen sie als Mittel zur 30 Tenside-Textheft / Waschmittel Umwelt ( 17

18 Körperpflege und zum Waschen der Wäsche. Dazu trocknet man die Schale der Nüsse. Wenn sie nun mit Wasser in Verbindung kommt, wird das enthaltene Tensid freigegeben. Dieses Tensid ist umweltfreundlich, da es komplett biologisch abbaubar ist. Auch vorteilhaft ist, dass sich mit den Waschnüssen wesentlich günstiger waschen lässt als mit einem gewöhnlichen Waschmittel und trotzdem die gleiche Reinigungswirkung erzielt wird. Das einzige Problem ist, dass die Wäsche ohne Zusatz von Bleichmittel mit der Zeit ergraut, wenn man einzig und allein mit der Waschnuss wäscht. Nach dem Waschen kann man die Nuss einfach verkompostieren. Andere Waschmittelzusätze wie Duftstoffe und Farbstoffe o.ä. lassen sich allerdings nicht umweltschonend herstellen. So muss man einen anderen Weg finden, wenn man umweltschonend waschen will. 3. Resümee Synthetische Tenside haben auf jeden Fall eine sehr effektive Waschwirkung, sind jedoch umweltschädlicher als die natürlichen. Deswegen stellt sich für den Verbraucher die Frage der Präferenz: Will er lieber eine perfekt gewaschene Wäsche tragen oder ist er bereit, aus einem ökologischen Gewissen heraus auf eine optimale Waschwirkung zu verzichten, wenn er dadurch die Umwelt schonen kann. Meiner Meinung nach wäre die optimale Lösung ein Waschmittel, dass eine gute Waschwirkung und leichte biologische Abbaubarkeit kombiniert. Dies lässt sich jedoch schwer umsetzen, da natürliche Waschmittel nicht alle Wirkungsbereiche der künstlich hergestellten abdecken. Auf jeden Fall ist eine Weiterentwicklung nötig: Möglicherweise kann man ein Waschmittel basierend auf dem besagten Saponin herstellen, das zumindest die selbe reinigende Wirkung wie heutige Waschmittel hat. Dieses Waschmittel wäre biologisch leicht abbaubar und würde somit die Belastung der Umwelt eindämmen. Dann müsste man nur noch einen Ersatz für die Zusatzstoffe, wie Bleichmittel, Wasserenthärter und Aromastoffe finden. Eventuell könnte man das Saponin mit natürlichen Aromastoffen kombinieren, um so ein natürliches Waschmittel zu erreichen, dass sowohl den Ansprüchen des Konsumenten gerecht werden kann, aber gleichzeitig auch unsere Umwelt nicht belastet. In der Forschung arbeitet man derzeit schon an dieser Problematik. Vielleicht können wir in ein paar Jahren ja schon ein solches grünes Waschmittel kaufen Biotechnologie Förderbeispiele ( 33 Waschmittel Umwelt ( 18

19 4. Quellenverzeichnis 4.1 Schriftwerke Pütz, Jean ; Wundram, Dieter: Wäsche waschen - sanft und sauber. 10. A.. Köln: vgs, Günter, Wagner: Seifen und Waschmittel. Lehrerhandreichung. Kassel 2003 (Erstauflage) Fonds der Chemischen Industrie: Textheft Tenside. Frankfurt Internetquellen/Bildquellen Internetquellen Seife - Wikipedia: ( Persil Historie: ( Seifen- und Tensidherstellung: ( Studienmaterialien für Umweltwissenschaften: ( Polyalkylenglycolether: ( Cetyltrimethylammoniumbromid: ( Betain: ( Cosmiq: ( Umweltbundesamt: ( Oldenburg: ( Landesamt für Umwelt: ( Waschmittel Umwelt: ( Biotechnologie Förderbeispiele: ( 8.html) Alle Internetseiten zuletzt aufgerufen am: 04. November

20 Bildquellen Abbildung 1: Abbildung 2: Abbildung 3: eingescannt aus: Seifen und Waschmittel / 2003 Abbildung 4: Abbildung 5: /220px-Micelle.png Abbildung 6: Alle Bilder zuletzt aufgerufen am: 04. November

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