GERADE RICHTIG WASCHEN

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1 Material: GERADE RICHTIG WASCHEN Moderne Waschmaschinen und Waschmittel erleichtern den Reinigungsprozess unserer Wäsche. In der vorliegenden Unterrichtseinheit erfahren SchülerInnen mehr über die chemischen und physikalischen Komponenten des Waschganges. Overheadfolie 1: (1 Seite): Der Waschkreis Arbeitsblatt 1: (2 Seiten): Von der Seife zum Kompaktwaschmittel - Die Geschichte der Waschmittel Overheadfolie 2: (1 Seite): Die Grenzflächenaktivität Overheadfolie 3: (1 Seite): Ein Tensid und seine Wirkung Overheadfolie 4: (1 Seite): Die waschaktive Leistung der Arbeitsblatt 2: (2 Seiten): Experimente mit Spülmitteln Overheadfolie 5: (1 Seite): 4 Arten von n Arbeitsblatt 3: (3 Seiten): Tensid-Test Arbeitsblatt 4: (1 Seite): Waschmittel-Inhaltsstoffe Overheadfolie 6: (1 Seite): Ionen-Austauscher Overheadfolie 7: (1 Seite): Optische Aufheller Overheadfolie 8: (1 Seite): Enzyme Arbeitsblatt 5: (1 Seite): Rätsel: Weg mit dem T-Shirt-Fleck! US-1

2 Arbeitsblatt 6: (1 Seite): Voll oder spezial? Fest oder flüssig? Arbeitsblatt 7: (2 Seiten): Welches wäscht wie? Arbeitsblatt 8: Lernziele (1 Seite): Optimal waschen mit der Waschmaschine - Einfluss der Wasserhärte und der Temperatur in der Waschmaschine - Inhaltsstoffe von Waschmitteln und ihre Wirkungsweise - Optimales Waschen mit der Waschmaschine - Wirkungsweise von waschaktiven Substanzen Overheadfolie 1: Der Waschkreis: Auf das richtige Verhältnis kommt es an! Waschkreise für 90 Grad und 60 Grad Celsius Wäsche werden miteinander verglichen. Ergebnis: Folgendes ist erkennbar: Beide Wäschen werden in Trommelwaschmaschinen gewaschen. Die mechanische Arbeit ist ungefähr gleich. Da die 60 -Celsius-Wäsche aber bei niedrigerer Temperatur gewaschen wird, ändern sich auch die anderen Faktoren. Der Faktor Zeit wird kürzer, da es weniger lange dauert, Waschwasser auf 60 Grad Celsius zu erhitzen als auf 90 Grad Celsius. Das ist deshalb möglich, weil heutige Waschmittel ein besseres Waschergebnis erzielen. Arbeitsblatt 1: Von der Seife zum Kompaktwaschmittel Die richtigen Antworten sind: 1B, 2B, 3C, 4A, 5C, 6B, 7A, 8B, 9C Zur Geschichte des Waschmittels: Das Seifenzeitalter Als ältestes Waschmittel gilt Wasser. Schon vor 5000 Jahren wurde dessen Waschkraft durch chemische Zusätze verbessert. Die Sumerer setzten das erste chemische Produkt ein: In Mesopotamien wurde auf einer Tontafel in Keilschrift eingeritzt ein Seifenrezept gefunden (1 Liter Öl und 5 1/2 Liter Pottasche werden vermischt und erhitzt). Die Alkaliquelle der Römer war vergorener Urin. Als Kaiser Vespasian Steuern von dem ertragreichen Geschäft der Wäscher eintreiben wollte, formulierte er den bekannten Spruch: Geld stinkt nicht! ( Pecunia non olet ). Die Römer übernahmen das Seifenrezept von den Galliern, verwendeten Seife aber anfänglich als Heilmittel und Haarfestiger. US-2

3 Mit den Arabern kam im 7. Jh. auch das Seifenrezept nach Europa: In Spanien und Italien entstanden bedeutende Herstellungszentren. Die Seife wurde oft mit Pflanzenduftstoffen versetzt und von den Reicheren zu kosmetischen Zwecken und als Heilmittel (- viele Krankheiten waren auf den Mangel an Hygiene zurückzuführen -) verwendet. Wäschewaschen wurde erst im Zeitalter der beginnenden Industrialisierung modern, doch die Rohstoffe Talg und Holzasche wurden knapp. Erst die chemische Untersuchung der Fette (durch Chevreul) und die Erfindung der künstlichen Soda-Herstellung (durch Leblanc und Solvay) ermöglichten die industrielle Massenproduktion von Seife im 19. Jh kam das erste Vollwaschmittel namens Persil (bestehend aus Seife, Soda, Perborat, Silikat) auf den Markt. Das Tensidzeitalter Erst 1932 gelang die Herstellung des ersten synthetischen Tensids Fettalkoholsulfat R - OSO 3 Na. Durch den Einzug der Waschmaschine in die meisten Haushalte und den damit einhergehenden gestiegenen Waschmittelverbrauch kam es zu ökologischen Problemen. Die Schaumberge in den Flüssen und Seen wurden durch das biologisch schwer abbaubare stark verzweigte Tetrapropylenbenzolsulfonat verursacht, das schließlich durch das gut biologisch abbaubare Alkylbenzolsulfonat abgelöst wurde. Der Euthrophierung der Gewässer wurde entgegengewirkt, indem statt Phosphat als Enthärter das neuartige umweltverträgliche Zeolith eingesetzt wurde. Durch den Einsatz von Enzymen und Bleichaktivatoren (z.b. TAED) konnte eine verbesserte Waschkraft schon bei niedrigen Temperaturen erzielt werden. Overheadfolie 2: Die Grenzflächenaktivität Der Begriff Tensid wird vom lateinischen Wort tendere (spannen) abgeleitet. Die Overheadfolie dient zur anschaulichen Erklärung der wichtigen Grundeigenschaft des Tensids: Durch die Herabsetzung der Grenzflächenspannung werden Schmutz und Faser besser von der Waschmittellösung benetzt. Overheadfolie 3: Waschaktive Substanzen. Ein Tensid und seine Wirkung. Darstellung des Tensidmoleküls und seiner Wirkung auf ein Fettteilchen. Overheadfolie 4: Die waschaktive Leistung der Das Schmutzablösevermögen einer Tensidlösung wird dargestellt: Schmutzteilchen und Faser werden von Tensidionen umhüllt. Der hydrophobe Teil des Tensids orientiert sich dabei in Richtung Schmutz bzw. Gewebe, der hydrophile Teil ragt in Richtung wässrige Lösung. Durch die Belegung der Grenzflächen mit Tensidionen wird der Schmutz von der Faser verdrängt. haben außerdem die Eigenschaft, Molekülverbände zu bilden: Diese werden Micellen genannt. US-3

4 Mit Hilfe der mechanischen Bewegung der Waschmaschine wird der Schmutz ganz vom Gewebe gelöst und in kleinere Partikel geteilt. Auf diese Weise wird mit fetthaltigem Schmutz eine Emulsion gebildet. Arbeitsblatt 2: Experimente mit Spülmitteln. Entspannt euch! Drei Experimente, die in fünf Minuten durchzuführen sind. Beobachtung: - Versuch 1 Pfefferzauber : Die Pfefferkörner sinken ab. Chemischer Vorgang: Das Spülmittel/die verringert/n die Oberflächenspannung des Wassers. - Versuch 2 Spüli-Cocktail : Mit Hilfe des Spülmittels/der können sich Fett und Wasser verbinden. Chemischer Vorgang: Es entsteht eine Emulsion. - Versuch 3 Zimt-Wunder : 1: Zimt lässt sich nicht entfernen, das heraustropfende Wasser ist klar 2: Heraustropfendes Wasser ist trüb, das Zimtpulver lässt sich teilweise entfernen. Chemischer Vorgang: Die im Spülmittel haben die Zimtteilchen erst benetzt und danach zerkleinert. So können diese teilweise durch die Filterporen gelangen. Overheadfolie 5: 4 Arten von n Für den Waschvorgang sind 4 Tensidarten von Bedeutung: 1. Anionische 2. Kationische 3. Amphotere 4. Nichtionische 1. Anionische kommen in Seifen, Syndets sowie in allen Waschmitteln vor. Seife beispielsweise besteht nur aus anionischen n. Sie wirkt gut bei hohen Temperaturen und weichem Wasser. Nachteil: Bei hartem Wasser bildet sich der typische Grauschleier. Mit der Weiterentwicklung von Seife zu Syndets sind anionische heute unabhängig von Wasserhärte und wirken bei allen Temperaturen. 2. Kationische werden in Weichspülern verwendet, um die Fasern weich und antistatisch zu machen. 3. Amphotere wie z.b. Alkylbetaine sind gut hautverträglich. Als Spezialisten werden sie in einigen Spezialwaschmitteln eingesetzt. US-4

5 4. Nichtionische wie z.b. Alkylpolyglykolether (Fettalkoholoxethylate) wirken gut bei niedrigen Temperaturen und sind zur Reinigung synthetischer Stoffe geeignet. In den modernen Waschmitteln werden unterschiedliche Tensidarten eingesetzt, um ein möglichst breites Wirksamkeitsspektrum zu erreichen. Ein Teil der wird auf Basis nachwachsender Rohstoffe hergestellt, z.b. aus Kokos- oder Palmöl, Mais oder Zucker. Arbeitsblatt 3: Tensid-Test Die Lösungen: Anionische Waschaktiver Molekülteil ist elektrisch negativ geladen bei allen Temperaturen Ausnahme: Seife Kationische Waschaktiver Molekülteil ist elektrisch positiv geladen In Weichspülern Nichtionische Waschaktiver Molekülteil ist elektrisch ungeladen Bei niedrigen Temperaturen und für synthetische Materialien Amphotere Nehmen je nach ph- Wert eine positive oder negative Ladung an oder sind elektrisch neutral In einigen Spezialwaschmitteln Flüssige Vollwaschmittel enthalten mehr und sind wirksamer. Bei Kompaktwaschmitteln werden Füllstoffe weggelassen. Diese sind damit weniger belastend für die Umwelt. Arbeitsblatt 4: Waschmittel-Inhaltsstoffe. Jede Menge Helfer. Darstellung von Waschmittel-Inhaltsstoffen Overheadfolie 6: Ionen-Austauscher Früher wurde Natriumphosphat Na 5 P 3 O 10 verwendet. Heute ist Zeolith US-5

6 ein wichtiger Phosphatersatzstoff. Die Abbildung zeigt Zeolith 4A mit der Formel xna 2 O.Al 2 O 3 ysio 2.zH 2 O. Der Zeolith-Kristall wirkt als Ionenaustauscher: Ca- und Mg-Ionen Ca 2+ -Ionen werden gegen Na + -Ionen ausgetauscht. Um eine zusätzliche Komplexierung zu erzielen, werden in Waschmitteln Polymere als sogenannte Cobuilder hinzugefügt. Die Polymere nehmen Ca- und Mg-Ionen auf, transportieren sie durch die Waschflotte und geben sie an den Ionenaustauscher Zeolith ab. Na-Ionen Overheadfolie 7: Optische Aufheller Die Grafik verdeutlicht, wie die fluoreszierenden Stoffe in Vollwaschmitteln die unsichtbaren UV-Anteile des Lichts in sichtbares Licht umwandeln. Overheadfolie 8: Enzyme Enzyme wirken bei niedrigen Temperaturen - ihr effektiver Einsatz kann deshalb helfen, die Waschtemperatur und somit den Energieverbrauch niedrig zu halten. Bilder 1 und 2: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen eines neuen Baumwolltextils nach 25maligem Waschen bei 40 C ohne Cellulase und mit 0,5% Cellulase. Arbeitsblatt 5: Rätsel: Weg mit dem T-Shirt-Fleck! Methode: Als Wiederholung dient ein Rätsel, bei dem die SchülerInnen sich erinnern sollen, welche Aufgabe einzelne Waschmittelinhaltsstoffe haben und welche Art von Flecken sie bekämpfen. Lösung: T-Shirt 1: BLEICHMITTEL T-Shirt 2: ENZYME T-Shirt 3: OPTISCHER AUFHELLER T-Shirt 4: DUFTSTOFFE T-Shirt 5: TENSIDE T-Shirt 6: WASSERENTHÄRTER Das Lösungswort heißt: WÄRME US-6

7 Arbeitsblatt 6: Voll oder spezial? Fest oder flüssig? Die Beschreibung der Waschmittel kann als Hilfe für Arbeitsblatt 7 oder als Ausgangspunkt für eigene Nachforschungen verwendet werden. Arbeitsblatt 7: Welches wäscht wie? Die SchülerInnen erarbeiten bzw. wiederholen wichtige Informationen rund um das Thema Waschmittel: von der Einteilung der unterschiedlichen Waschmitteltypen, über den Vergleich pulverförmiger und flüssiger Vollwaschmittel bis hin zu den Inhaltsstoffen unterschiedlicher Waschmittel und die richtige Dosierung. Lösung: Vollwaschmittel sind: pulverförmige Waschmittel, flüssige Waschmittel, Kompaktwaschmittel Spezialwaschmittel sind: Colorwaschmittel, Feinwaschmittel (flüssig), Wollwaschmittel, Handwaschmittel, Gardinenwaschmittel Die Tabelle der unterschiedlichen Waschmittel kann auch zur Ergebnissicherung eigener Nachforschungen der SchülerInnen verwendet werden. Pulverförmige Vollwaschmittel Flüssige Vollwaschmittel Kompaktwaschmittel Anionische Nichtionische Kationische Enthärter Bleichmittel Enzyme Optische Aufheller x x x x x x x x x x x x x x x x x Colorwaschmittel x x x x x Feinwaschmittel x x x Wollwachmittel x x x Weichspüler x Kompaktwaschmittel werden in Abhängigkeit der Wasserhärte dosiert - der Verschmutzungsgrad ist der Ausschlag gebende Gradmesser. Bei einer Menge von 4-5 kg Trockenwäsche (normaler Verschmutzung) sind rund 75 g Waschpulver notwendig waren - im Vergleich dazu - noch 245 g Vollwaschmittel notwendig. Tipp: Geben Sie Ihren SchülerInnen die Aufgabe, die Dosierungsanleitung ihres Waschmittels zu Hause zu notieren. Die unterschiedlichen Angaben können dann in der Klasse verglichen und diskutiert werden. Arbeitsblatt 8: Alles klar? Optimal waschen mit der Waschmaschine Auflösung des Lückentextes: Folgende Worte sind in dieser Reihenfolge in die Textlücken einzusetzen: Spartaste, Pflegehinweise, Wäschereinigung, weiches, harten, Wasserhärte, Teststäbchen. US-7

8 Zusätzliche Info: Der Waschprozess wird von vier Einflussfaktoren gesteuert: Einfluss Wasserhärte: Bekanntlich eignet sich weiches Wasser besonders gut zum Waschen. Meistens ist das Wasser, das in unsere Waschmaschinen fließt, aber zu hart für einen optimalen Wascherfolg. Es hat sich auf seinem Weg durch geologische Horizonte in Gesteinsschichten mit Magnesium-, Calciumionen angereichert und ist so zu hartem Wasser geworden. Treffen diese Ionen nun auf Seife, die ein Natriumsalz von Fettsäuren ist, bilden sie sogenannte Kalk- und Magnesiumseifen, die graue Flekken auf der Wäsche verursachen und auch Teile der Waschmaschine beschädigen können. (Verkalkung) Je härter eine Wasserprobe ist, desto mehr Kalkseife bildet sich und umso mehr Waschmittel muss hinzugefügt werden, bis das Wasser endlich schäumt! Um die Härte des Wassers zu senken und die Waschkraft zu verbessern, sind in Waschmitteln sogenannte Wasserenthärter enthalten. Die Wasserhärte ist abhängig von den Regionen, aus denen das Wasser entnommen wird. (Die Wasserhärte ist in Regionen mit Kalkgebirgen meist höher als in Tieflandregionen.) Man kann die Wasserhärte des eigenen Wassers beim örtlichen Wasserwerk erfragen oder mit Teststäbchen selbst bestimmen. Wasserhärte wird in Grad dh ( deutsche Härte ) angegeben, manche Hersteller verwenden auch mmol/l. Folgende Härtebereiche des Wassers unterscheidet man: Wasserart Härte in dh Weich bis mäßig hart 0 bis 10 Ziemlich hart 10 bis 16 Hart über 16 Einfluss Waschaktive Substanzen : Waschaktive Substanzen (anionische und nichtionische ) entfernen Schmutz und Flecken aus der Wäsche. Sie sind grenzflächenaktive Stoffe. Sie setzen die Oberflächenspannung des Wassers herab. Diese Eigenschaft wird in den Versuchen des Arbeitsblattes 2 demonstriert. Je weniger Oberflächenspannung das Wasser hat, desto leichter kann es das Textilgewebe durchdringen. Jedes Tensidmolekül besteht aus zwei Teilen, die unterschiedlich auf das Wasser reagieren: einem wasserfreundlichen, hydrophilen Kopf und einem wasserfeindlichen, hydrophoben Schwanz. (Siehe Abbildung Tensidmolekül auf der Overheadfolie 2.) Wenn das Textilgewebe benetzt ist, strebt der wasserfeindliche Molekülschwanz des Tensids vom Wasser weg und tritt mit dem US-8

9 unpolaren Schmutz in Wechselwirkung. Der Schmutz wird in kleine Bruchstücke zerlegt, vom Tensidmolekül eingehüllt und so aus dem Textilgewebe gezogen. Einfluss Wasch-Arbeit (Waschmaschine: Mechanik, Temperatur): In jedem Waschvorgang wird die Wäsche durch die Bewegung der Trommel mit Waschlauge durchflutet. Das Füllverhältnis bezeichnet das Verhältnis der Wäschemenge zum Trommelvolumen. Als Faustregel gilt: Zwischen Trommelwand und Wäsche soll eine aufgestellte Handbreite frei sein, um die optimale Bewegung der Trommel zu gewährleisten. Das Flottenverhältnis gibt das Verhältnis der Wäschemenge zum Wasservolumen an. Die modernen Waschmaschinen haben heutzutage einen verringerten Wasserverbrauch (einst: 160 bis 200 Liter, heute: 40 bis 50 Liter pro Waschgang), und auch der Energieverbrauch wurde dadurch gesenkt, weil weniger Wasser aufgewärmt werden muss. Hinsichtlich der Temperatur kann man im Waschmaschinenprogramm zwischen 95, 60, 40 und 30 Grad Celsius wählen. Mit Hilfe moderner Waschmittel gelingt eine optimale Wäschereinigung bereits mit 60 Grad und weniger Temperatur. (Siehe dazu Overheadfolie 1.) Manche Waschmittelinhaltsstoffe wie Enzyme, die beispielsweise zum Entfernen von eiweißhältigen Substanzen wie Blut eingesetzt werden, sind nur bis zu einer Temperatur von 60 Grad aktiv. US-9