Waschmittel: Chemie, Umwelt, Nachhaltigkeit
Author: Günter Wagner
Date: 2010-08-10T22:00:00+00:00
Keywords: Waschmittel; Günter Wagner; Bildung; Wiley-VCH Verlag; Chemical & Biochemical; Industrial & Technical; Technology & Engineering; Chemistry; Science; Bildung; General
Description: Umweltbewußtsein in Deutschland und Waschmittel sind in ihrer Geschichte eng verknüpft, denn als sich im heißen Sommer 1958 meterhohe Schaumberge auf vielen deutschen Flüssen und Bächen bildeten, war wie sonst selten für Verbraucher die akute Umweltunverträglichkeit des westeuropäischen Lebensstils weithin sichtbar: die Tenside in den Waschmitteln waren damals biologisch nicht oder bestenfalls kaum abbaubar. Diese Erkenntnis hat maßgeblich die Entstehung von Umweltbewußtsein und ebenso die Verstärkung der Forschung auf dem Gebiet der Waschmittel bewirkt, und der Wandel von "viel hilft viel" zu
Publisher: Wiley Verlag

GÅnter Wagner

Waschmittel

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GÅnter Wagner

Waschmittel

Chemie, Umwelt, Nachhaltigkeit

4. vollst. Åberarb. u. erw. Auflage

Autoren

4. vollst. Åberarb. u. erw. Auflage 2010

Dipl.-Chem. GÅnter Wagner

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Gedruckt auf surefreiem Papier

ISBN:

978-3-527-32678-5

Danksagung

Mein Dank gilt allen den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, wissenschaftlichen Institutionen, Verbnden und Firmen der Waschmittel-, Waschrohstoff- und Waschgerteindustrie, die mir bereitwillig aktuelle Daten und viele Hintergrundinformationen zur VerfÅgung gestellt haben.

Besonders danken fÅr die vielfltige UnterstÅtzung mÇchte ich Herrn Dr.

Bernd Glassl (Industrieverband KÇrperpflege- und Waschmittel IKW) und Herrn Dr. Horst-Dieter Speckmann (Henkel AG & Co. KGaA)

Mein Dank gebÅhrt auch den folgenden Personen, die an der berarbeitung und Aktualisierung einzelner Kapitel maßgeblich mitgewirkt haben:

Kapitel 2 und Anhang 1: Dr. Claus-Dierk Hager (Sasol Germany GmbH),

Kapitel 9 und Anhang 2: Dr. Josef Steber und Dr. Thorsten Wind (Henkel AG & Co. KGaA),

Kapitel 10: Dr. Claus Gutzschebauch (Henkel AG & Co. KGaA) und Dr. Hans-JÅrgen KlÅppel.

Kapitel 11.5: Dr. Roland SchrÇder (Henkel AG & Co. KGaA).

Herrn Dr. Thomas Herbrich (fit GmbH), Herrn Armin Pillkahn (Luhns

GmbH) und Herrn Dr. Bernd Wolff-Schladitz (Dalli-Werke GmbH & Co. KG) danke ich fÅr die vielen Hintergrundinformationen und wertvollen Hinweise zu den Kapiteln 5 und 6, Herrn Dr. Schmiedel (Henkel AG & Co. KGaA) fÅr die wertvollen Hinweise zu Kapitel 3.

Dem Verlag Wiley-VCH danke ich fÅr die ausgezeichnete Koordination und all-zeit gute Zusammenarbeit.

Waschmittel. GÅnter Wagner

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Nachweis der Abbildungen

Association Internationale de la Savonnerie, de la Dtergence et des Produits d’Entretien A.I.S.E.: (Abb. 8.17).

BASF AG: (Abb. 5.2, 5.12 und 5.13).

Fonds der chemischen Industrie: Folienserie 14 „Tenside“, 1992 (Abb. 3.9), Infor-mationsserie „Textilchemie“ (Abb. 1.14).

Dr. Claus-Dierk Hager (Sasol Germany GmbH): (Abb. 2.4, 2.5 und 2.6).

Fachverband fÅr Energie-Marketing und -Anwendung (HEA): (Abb. 1.25 und 1.26).

Henkel AG & Co. KGaA: (Abb. 1.11, 5.5, 5.25, 5.27, 5.28, 5.29, 5.32, 5.33, 5.43, 6.9, 7.2 bis 7.7, 8.18, 8.19, 8.20, 8.20, 8.21, 9.9 und 9.10).

Henkel AG & Co. KGaA, Konzernarchiv: (Abb. 7.1, 8.2 bis 8.4, 8.8 und 9.1).

Dr. Hans-JÅrgen KlÅppel: (Abb. 10.1 bis 10.13, außer Abb. 10.5).

Industrieverband KÇrperpflege- und Waschmittel (IKW): (Abb. 1.6, 1.17, 8.22, 8.26 bis 8.29).

Miele & Cie. KG: (Abb. 1.19, 1.23 und 1.27).

Novozymes A/S: (Abb. 5.26).

Heinrich Oberlack: (Abb. 1.18).

Procter & Gamble Service GmbH: (Abb. 6.5 und 6.10).

Prof. Dr. Rainer Stamminger, Universitt Bonn, Sektion Haushaltstechnik: (Abb.

1.22, 1.24 und 1.28).

GÅnter Wagner: (Abb. 8.16 und 8.31).

Rudolf Weber: SFW, H. 15 (1985), S. 442 (Abb. 3.11).

Thorsten Wind (Henkel AG & Co. KGaA): Henkel internal document.

http://blog.save-your-future.com/2009/04/02/biologischer-abbau-was-ist-das-neu/

(aufgerufen 08/2009) (Abb. 9.4, 9.8, 9.9).

Waschmittel. GÅnter Wagner

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Inhaltsverzeichnis

Vorwort

XIII

1

Partner beim Waschprozess

1

1.1

EinfÅhrung

1

1.2

Der Wscheschmutz 2

1.3

Wasser und Wasserhrte

4

1.4

Textilien

8

1.5

Waschmaschinen

16

Literatur

30

2

Chemie der Tenside

31

2.1
berblick und wirtschaftliche Bedeutung 31

2.2

Anionische Tenside

37

2.2.1

Seife

37

2.2.2

Alkylbenzolsulfonate (TPS, LAS) 40

2.2.3

Alkansulfonate (SAS) 42

2.2.4

Fettalkoholsulfate (FAS)

43

2.2.5

Fettalkoholethersulfate (FAES) 44

2.3

Nichtionische Tenside

44

2.3.1

Fettalkoholethoxylate (FAEO) 46

2.3.2

Tenside auf Zuckerbasis 47

2.3.3

Sonstige Niotenside 49

2.4

Kationische Tenside 50

2.5

Amphotere Tenside

52

Literatur

53

3

Eigenschaften der Tenside

55

3.1

Anordnung von Tensiden an Phasengrenzflchen

55

3.2

Das Verhalten von Tensiden in wssriger LÇsung

56

3.2.1

Herabsetzung der Oberflchenspannung des Wassers durch Tenside

56

3.2.2

Micellbildung von Tensiden

58

3.2.3

Schaumbildung von TensidlÇsungen

60

3.2.4

Das BenetzungsvermÇgen von TensidlÇsungen

62

Waschmittel. GÅnter Wagner

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VIII

Inhaltsverzeichnis

3.3

Die Waschwirkung von Tensiden

64

3.3.1

SchmutzablÇsung von Çl- und fetthaltigem Schmutz

65

3.3.2

SchmutzablÇsung von Pigmentschmutz

68

3.3.3

SchmutzablÇsung von stark polarem Schmutz

70

3.3.4

Tensidmischungen 70

Literatur

71

4

Warenkunde der Waschmittel

73

4.1

Waschmitteltypen im berblick 73

4.2

Vollwaschmittel 76

4.2.1

Vollwaschmittel, pulverfÇrmig 76

4.2.2

Vollwaschmittel, flÅssig und gelfÇrmig 78

4.3

Colorwaschmittel 79

4.3.1

Colorwaschmittel, pulverfÇrmig 79

4.3.2

Colorwaschmittel, flÅssig und gelfÇrmig 80

4.4

Portionierte Waschmittel (Tabs und FlÅssig-Tabs) 81

4.5

Feinwaschmittel 81

4.6

Spezialwaschmittel

82

4.7

Waschmittel mit Zusatznutzen 83

Literatur

83

5

Inhaltsstoffe von Waschmitteln

85

5.1

Tenside 85

5.2

Enthrter (GerÅststoffe)

88

5.2.1

Pentanatriumtriphosphat

91

5.2.2

Zeolithe

92

5.2.3

Spezielle Silicate

95

5.2.4

Citronensure und Citrate 96

5.2.5

Polycarboxylate

97

5.2.6

Nitrilotriessigsure und deren Salze (NTA) 99

5.3

Waschalkalien und pH-Wert

100

5.4

Bleichsysteme

101

5.4.1

Bleichmittel auf Sauerstoffbasis 103

5.4.2

Bleichmittel auf Chlorbasis 106

5.4.3

Bleichaktivatoren

107

5.4.4

Bleichkatalysatoren 109

5.4.5

Peroxocarbonsuren 110

5.5

Enzyme

111

5.6

Sonstige Inhaltsstoffe

116

5.6.1

Polymere Inhaltsstoffe 116

5.6.1.1

Vergrauungsinhibitoren und Soil Release Polymere 117

5.6.1.2

FarbÅbertragungsinhibitoren

120

5.6.1.3

Farbpflegepolymere

122

5.6.1.4

Folien fÅr Portionierungen

122

5.6.2

Optische Aufheller

123

Inhaltsverzeichnis IX

5.6.3

Stabilisatoren und Komplexbildner 125

5.6.4

Schauminhibitoren

128

5.6.5

Korrosionsinhibitoren

129

5.6.6

Duftstoffe

129

5.6.7

Farbstoffe

130

5.6.8

FÅllstoffe und Konfektionierungshilfen

131

5.6.9

Konservierungsstoffe 131

5.6.10

Sprengmittel 132

5.6.11

Geruchsabsorber 132

Literatur

134

6

Waschhilfsmittel und Nachbehandlungsmittel

137

6.1

Waschhilfsmittel (Vorbehandlungsmittel und Waschmittel-
additive) 138

6.2

WeichspÅlmittel und Gewebeconditioner 141

6.3

Weitere Nachbehandlungsmittel 148

6.4

Textilerfrischer 149

Literatur

150

7

Technologie der Waschmittelherstellung

151

7.1

Herstellung von pulverfÇrmigen Waschmitteln nach dem

Tennenverfahren 152

7.2

Herstellung pulverfÇrmiger Waschmittel nach dem Hochdruck-
sprÅhverfahren 153

7.3

Herstellung von Kompakt- und Superkompaktwaschmitteln

155

7.4

Herstellung von Waschmittel-Tabs 157

7.5

Herstellung von flÅssigen Waschmitteln

159

7.6

Herstellung von FlÅssig-Tabs 161

Literatur

161

8

Waschmittel aus Sicht der Verbraucher

163

8.1

Geschichte der Waschmittel

163

8.2

Waschgewohnheiten heute 173

8.2.1

Verwendung von Waschmitteln in Deutschland 177

8.2.2

Waschverfahren 183

8.3

Der Waschmittelmarkt im internationalen Vergleich 187

8.4

Hinweise zum richtigen Waschen 192

8.4.1

Sechs „goldene“ Regeln zum Waschen

192

8.4.2

Vorbehandlung der Wsche und Fleckentfernung 198

8.4.3

Hinweise zum Trocknen der Wsche

201

8.4.4

Informationen auf der Waschmittelpackung 201

8.5

Verbraucherschutz, Hygiene und Gesundheit 203

8.5.1

Welche Warnhinweise und Gefahrenkennzeichnungen finden sich auf
einer Waschmittelpackung?

204

X

Inhaltsverzeichnis

8.5.2

Gibt es mÇgliche Risiken durch WaschmittelrÅckstnde auf den

Textilien? 208

8.5.3

Welche Wirkung haben Waschmittel und WeichspÅlmittel auf die

Haut? 209

8.5.4

Wie groß ist die Gefahr bei Unfllen mit Waschmitteln? 212

8.5.5

Gibt es hygienische Probleme, wenn die Wsche hufiger bei

Temperaturen von 20 hC bis 40 hC gewaschen wird? 213

Literatur

218

9
kologie der Waschmittel

221

9.1

Allgemeine Problemstellung

221

9.2

Abwasserbelastung durch Waschmittel

225

9.3

Vorkommen von Tensiden in der Umwelt

230

9.3.1

Tenside in Oberflchengewssern

230

9.3.2

Tenside im Klrschlamm und Boden

235

9.4

Biologische Abbaubarkeit von Tensiden

235

9.4.1
berblick

236

9.4.2

Der Primrabbau von Tensiden

238

9.4.3

Der Totalabbau von Tensiden

239

9.4.4

Vergleich der biologischen Abbaubarkeit wichtiger Tenside

243

9.5

Wirkung von Tensiden auf Gewsserorganismen

(aquatische Toxizitt)

245

9.5.1

Die akute Toxizitt

245

9.5.2

Die Langzeit-Toxizitt

246

9.6
kologische Bewertung wichtiger Tenside

248

9.7
kologische Auswirkungen weiterer Inhaltsstoffe von

Waschmitteln

250

9.7.1

Phosphate 250

9.7.1.1

Phosphorkonzentration und GewssergÅte in stehenden

Gewssern

252

9.7.1.2

Phosphorkonzentration in Fließgewssern

253

9.7.1.3

Ursache der Phosphorbelastung

253

9.7.1.4

Maßnahmen zur Reduktion der Phosphorkonzentration in der

Umwelt

254

9.7.2

Phosphatfreie Enthrtersysteme und Komplexbildner

255

9.7.3

Bleichmittel

257

9.7.4

Enzyme

258

9.7.5

Sonstige Inhaltsstoffe

259

9.7.6

Umweltbelastung durch Waschmittelinhaltsstoffe im
berblick

261

Literatur

263

10
kobilanzen

265

10.1

Was sind kobilanzen? 265

10.2

Was kÇnnen kobilanzen leisten? 267

Inhaltsverzeichnis XI

10.3

DIN/EN/ISO-Normen 268

10.4

Wer fÅhrt kobilanzen durch? 268

10.5

Grundlagen zum Erstellen von kobilanzen 269

10.5.1

Bestimmung von Ziel und Untersuchungsrahmen einer
kobilanz 269

10.5.2

Sachbilanz (Dateninventar) 269

10.5.3

Wirkungsabschtzung 270

10.5.4

Auswertung und Kritische PrÅfung 272

10.6
kobilanz des Waschens 273

Literatur 280

11

Waschmittel und Nachhaltigkeit

283

11.1

Allgemeine Betrachtungen

283

11.2

FORUM WASCHEN – eine Initiative zum nachhaltigen Waschen

285

11.3

Hersteller und Verbraucher tragen Verantwortung fÅr eine
nachhaltige Entwicklung

286

11.4

Weitere Initiativen und Anstze zum „Nachhaltigen Waschen“ 288

11.4.1

Umweltzeichen fÅr Waschmittel 288

11.4.2

Europische Nachhaltigkeitsinitiative „Nachhaltiges Waschen und

Reinigen“

289

11.4.3

Der „Product Carbon Footprint (PCF)“ – Ein Maß fÅr

Ressourcenverbrauch und Klimarelevanz? 290

11.5

Der Beitrag nachwachsender Rohstoffe fÅr eine nachhaltige

Entwicklung der Waschmittel 291

11.6

Ausblick – Wie sieht die Zukunft des Waschens aus? 296

Literatur

298

12

Allgemeine Literatur, bersichtswerke und Internetadressen

299

A1

Methoden zur Synthese von Tensiden

301

A1.1

Herstellung von Seife 301

A1.2

Herstellung von linearen Alkylbenzolsulfonaten (LAS) 304

A1.3

Herstellung von sekundren Alkansulfonaten (SAS) 305

A1.4

Herstellung von Fettalkoholen und Fettalkoholsulfaten (FAS)

306

A1.5

Herstellung von Fettalkoholethersulfaten (FAES)

308

A1.6

Herstellung von Fettalkoholethoxylaten (FAEO)

308

A1.7

Herstellung von Alkylpolyglucosiden (APG)

310

A1.8

Herstellung von Kationtensiden (Esterquats)

311

A2

Messverfahren zur biologischen Abbaubarkeit

313

A2.1

Methoden zur Untersuchung des Primrabbaus

314

A2.2

Methoden zur Untersuchung des Totalabbaus

316

XII

Inhaltsverzeichnis

A3

Gesetzliche Regelungen, Selbstverpflichtungen und
freiwillige Vereinbarungen

319

A4

Rahmenrezepturen

323

A5

AbkÅrzungsverzeichnis

327

Stichwortverzeichnis

330

Vorwort

Waschmittel begegnen uns tglich im Haushalt, in der Werbung und im Supermarkt. Sie werden von uns allen mit großer Selbstverstndlichkeit genutzt, doch wissen wir eigentlich, wie moderne Waschmittel zusammengesetzt sind und wie die Inhaltsstoffe wirken? Was ist z. B. das Besondere an Colorwaschmitteln? Wie kann ich nachhaltig umweltvertrglich waschen? Seit wann gibt es eigentlich moderne Waschmittel?

Diese und viele andere Fragen wird Ihnen das vorliegende Buch „Waschmittel –

Chemie, Umwelt, Nachhaltigkeit“ beantworten. Das Werk bietet eine naturwissenschaftlich fundierte EinfÅhrung in das umfangreiche Gebiet der Waschmittelchemie, stellt die wichtigen Neuentwicklungen der letzten Jahre vor und beschreibt die Auswirkungen des Waschens auf die Umwelt. Seinen besonderen Reiz erhlt der Themenkreis Waschmittel durch die enge VerknÅpfung naturwissenschaftlicher Erkenntnisse mit technologischen, Çkologischen, wirtschaftlichen und kulturhistorischen Aspekten. Die Entwicklung der modernen Waschmittel wird dabei am Beispiel der Rezeptur eines Markenwaschmittels von 1907 bis heute genauer nachvollzogen.

Jedes Jahr sind Innovationen und Vernderungen im Bereich der Waschmittelchemie und insbesondere auch beim Waschen insgesamt zu verzeichnen. Nachdem die dritte Auflage aus dem Jahr 2005 schon wenige Jahre nach Erscheinen vergriffen war, haben wir – Autor und Verlag – uns entschlossen, fÅr die vierte Auflage alle Kapitel zu Åberarbeiten und zu aktualisieren, um den vielen Innovationen der letzten Jahre Rechnung zu tragen. Die Strukturierung des Buches hat sich bewhrt und ist deshalb beibehalten worden, zu einigen Themen sind neue Unterkapitel hinzugekommen. Insgesamt sind alle wesentlichen Neuentwicklungen der letzten Jahre in der Neuauflage berÅcksichtigt worden. Dazu zhlen u. a.

die Niedrigtemperaturwaschmittel, lÇsliche Enthrtersysteme bei Pulverwaschmitteln, hochkonzentrierte FlÅssigwaschmittel oder die Aktivitten zum „nachhaltigen Waschen“.

Die einzelnen Kapitel des Buches sind weitgehend eigenstndig konzipiert, so dass sie auch sehr gut auszugsweise genutzt und gelesen werden kÇnnen. In jedem Kapitel finden sich Querverweise zu anderen Kapiteln, so dass Zusammenhnge deutlich werden. Dies macht das Buch zu einem Nachschlagewerk, Lehrbuch und Studienbuch in einem. Alle zentralen Themen werden mit der Waschmittel. GÅnter Wagner

Copyright c 2010 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

ISBN: 978-3-527-32678-5

XIV

Vorwort
nÇtigen fachlichen Tiefe abgehandelt, jedoch soll eine Beschrnkung auf das Wesentliche helfen, den berblick zu bewahren. Im Text hufig benutzte AbkÅr-zungen sind in einem AbkÅrzungsverzeichnis am Ende des Buches zusammengefasst.

Das Buch wendet sich an alle Leserinnen und Leser, die sich mit dem Thema Waschmittel nher beschftigen wollen. Die Konzeption des Buches ist so angelegt, dass ein breiter Leser- und Benutzerkreis angesprochen werden kann: Alle, die beruflich mit dem Thema Waschmittel und Waschen zu tun haben; Lehrerin-nen und Lehrer der naturwissenschaftlichen Fcher; interessierte SchÅlerinnen und SchÅler; Studierende der Naturwissenschaften an Universitten und Fach-hochschulen; Arbeitskreise, Initiativen und Verbnde, die sich mit dem Thema Waschmittel nher auseinandersetzen wollen; Fachkrfte im Bereich der Bera-tungsttigkeit fÅr Verbraucher- und Umweltfragen und interessierte Auszubil-dende und Berufsttige im Bereich der Chemie, der Textilberufe und der Hauswirtschaft.

Viel Freude beim Lesen wÅnscht Ihnen

GÅnter Wagner

Kassel, im Dezember 2009

1.1 EinfÅhrung

1

1

Partner beim Waschprozess

1.1

EinfÅhrung

Das Ziel des Waschens ist die Wschepflege. Dazu gehÇren nicht nur die Schmutzentfernung, sondern auch ein einwandfreier hygienischer Zustand der Wsche und die Erhaltung des Gebrauchswertes. Die AnsprÅche an das Waschergebnis sind sehr hoch und nur erfÅllbar durch das optimale Zusammenwirken der am Waschprozess beteiligten Partner
x Wscheschmutz,
x Wasser,
x Textilien,
x Waschgerte,
x Waschmittel.

Waschmittel kÇnnen also nicht isoliert gesehen werden, sondern sind im Waschprozess eng mit den anderen genannten Faktoren verbunden. Kapitel 1 wird alle Partner im Waschprozess kurz vorstellen, bevor nher auf die Waschmittelchemie eingegangen wird.

Die Abhngigkeiten der Waschfaktoren untereinander lassen sich sehr an-schaulich am sogenannten Waschkreis nach Sinner zeigen (Abb. 1.1). In dieser Abbildung wird beispielhaft das Waschen in der Trommelwaschmaschine aus den 1960er Jahren (90 hC-Waschgang) einem heute gebruchlichen Verfahren

(40 hC-Waschgang) gegenÅbergestellt. Man sieht, dass sich die Bedeutung der Waschfaktoren deutlich verlagert hat.

Vor ca. 50 Jahren (in den sechziger Jahren des letzten Jahrhunderts) war der Kochwaschgang zumindest bei strker verschmutzter Wsche Åblich. Der Åberwiegende Anteil der Textilien war aus Baumwolle und weiß. Die Waschmaschinen waren auf starke mechanische Reinigungswirkung ausgelegt. Der Wasserverbrauch war hoch.

Heute ist eine zentrale Forderung ein mÇglichst geringer Energieeinsatz und Wasserverbrauch beim Waschen. Zustzlich steht der Wunsch nach wenig Zeit-aufwand im Vordergrund. Dabei erwarten die Verbraucher eine unverndert hohe Waschqualitt sowie Schonung und Werterhalt auch von farbigen und emp-Waschmittel. GÅnter Wagner

Copyright c 2010 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

ISBN: 978-3-527-32678-5

2

1 Partner beim Waschprozess

Abb. 1.1

Vergleich der Einflussfaktoren beim Waschen unter verschiedenen Waschbedingungen (Waschkreis nach Sinner).

findlichen Textilien. Als Folge davon ist die Waschtemperatur deutlich gesunken, die Waschgnge sind kÅrzer und die Mechanik der Waschmaschinen ist schonender geworden. Der Anteil der Chemie am Waschprozess muss notwendigerweise hÇher sein als frÅher. Leistungsfhige Waschmittel sind heute der wichtigste Faktor fÅr den Wascherfolg.

1.2

Der Wscheschmutz

Unter Schmutz versteht man gemeinhin alles, was nicht auf Textilien gehÇrt und von Auge, Nase und Haut als unangenehm empfunden wird bzw. aus hygienischen GrÅnden entfernt werden muss. Hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung ist der Schmutz nahezu unbegrenzt variabel. Trotzdem lsst sich eine Einteilung in sechs große Gruppen von Schmutzarten vornehmen, die grundstzlich unterschiedliche Eigenschaften aufweisen (Abb. 1.2).

Der durchschnittliche Schmutzanteil bei normal verschmutzter Wsche betrgt 1,3 % des Wschegewichtes. Bei einer Waschladung von 5 kg entspricht dies etwa 65 g Schmutz. Nur ein geringer Teil des Schmutzes (20–25 %) ist wasserlÇslich.

Der weitaus grÇßte Teil lsst sich erst durch Tenside und mit Hilfe von Mechanik vom Waschgut entfernen. Ein Teil des Wscheschmutzes (dazu gehÇren u. a.

Farbstoffe und proteinhaltiger Schmutz) lsst sich erst nach chemischer Vernderung beseitigen.

ber 60 % der WschestÅcke kommen beim Tragen mit dem KÇrper in BerÅhrung (Abb. 1.3) [1].

1.2 Der Wscheschmutz

3

Abb. 1.2

Wichtige Bestandteile von Wscheschmutz.

Abb. 1.3

Textilien in einer durchschnittlichen Waschladung.

Daher ist es nicht verwunderlich, dass der mengenmßig grÇßte Anteil des W-
scheschmutzes durch den direkten Kontakt zwischen Wsche und dem menschlichen KÇrper verursacht wird (Abb. 1.4).

FÅr die Schmutzhaftung auf der Faser sind folgende Effekte von Bedeutung: Mechanische Haftung: Feinverteilter Schmutz lagert sich in Faserhohlrume oder zwischen den Fden ein und wird dort praktisch „eingeklemmt“.

Intermolekulare Wechselwirkungen: Dipolkrfte, WasserstoffbrÅckenbindungen und Van-der-Waals-Krfte begÅnstigen eine Schmutzhaftung auf Faseroberfl-

4

1 Partner beim Waschprozess

Abb. 1.4

Durchschnittliche Zusammensetzung von Wscheschmutz.

chen. Je kleiner ein Schmutzteilchen ist, desto strker werden die intermolekula-ren Wechselwirkungen.

Coulomb-Krfte: Elektrostatische Aufladungen und Ionenbildung haben Einfluss auf die Haftung des Schmutzes.

Zustzlich zur chemischen Zusammensetzung spielen Zustand und Teilchen-grÇße des Schmutzes eine wesentliche Rolle. Typisch sind Alterungserscheinungen des Schmutzes. So lassen sich z. B. frische Blutflecken mit kaltem Wasser sehr leicht entfernen. Im angetrockneten Zustand ist eine Beseitigung ohne Hilfe von Enzymen kaum noch mÇglich. Bei Fetten treten ebenfalls Alterungs-prozesse auf. Hier spielen Oxidationsprozesse mit Luftsauerstoff die entscheidende Rolle.

Grundstzlich gilt: Kleine TeilchengrÇßen bedingen große Oberflchen des Schmutzes. Dadurch kÇnnen Adsorptionserscheinungen und intermolekulare Wechselwirkungen zwischen Schmutz und Faser strker wirksam werden.

Schmutz mit TeilchengrÇßen kleiner als 0,2 Mikrometer lsst sich deshalb nur sehr schwer von der Wsche entfernen.

DarÅber hinaus spielen Struktur und Polaritt der Textilfaser eine wesentliche Rolle fÅr die Schmutzhaftung bzw. Schmutzentfernung. Naturfasern haben eine wesentlich grÇßere spezifische Oberflche als Chemiefasern (Baumwolle 20 bis 200 m2/g; Polyester 0,2 bis 2 m2/g [2]) und sind wesentlich polarer aufgebaut.

Die Schmutzhaftung auf der Faser ist daher insgesamt ein komplexes Geschehen, das von vielen Faktoren beeinflusst wird.

1.3

Wasser und Wasserhrte

Wasser spielt beim Waschprozess eine wichtige Rolle. Es muss gleich mehrere Aufgaben erfÅllen:

x LÇsen der wasserlÇslichen Schmutzteile;
x Transport des Waschmittels zum Waschgut;
x bertragung der mechanischen Bewegung und der Temperatur auf das Waschgut; x Aufnahme des von der Faser abgelÇsten Schmutzes in Form einer Emulsion oder Suspension.

1.3 Wasser und Wasserhrte

5

Die Menge des pro BundesbÅrger in Deutschland verbrauchten Wassers ist enorm. Durchschnittlich 122 Liter wurden in der Bundesrepublik pro Tag und Einwohner im Jahr 2007 verbraucht, davon rund 15 Liter tglich zum Wschewaschen. Im zeitlichen Vergleich hat der personenbezogene Wasserverbrauch seit 1990 um 25 Liter (17 %) pro Person und Tag abgenommen [3].

Zu den fÅr den Waschprozess stÇrenden Inhaltsstoffen des Wassers gehÇren in erster Linie die Elemente Calcium und Magnesium in Form ihrer Ionen. Diese Erdalkalien bestimmen die Qualitt des Wassers beim Waschen. Calcium- und Magnesium-Ionen bilden mit Seife schwerlÇsliche Salze, die Kalk- und Magnesiumseife. Auch mit einigen anderen anionischen Tensiden kÇnnen schwerlÇsliche Verbindungen entstehen. Weiterhin kÇnnen sich schwerlÇsliche Erdalkalicar-bonate auf der Wsche und den Heizstben der Waschmaschinen ablagern. Beim Waschen sind Erdalkali-Ionen daher grundstzlich unerwÅnscht.

Eine vergleichbar stÇrende Wirkung beim Waschen zeigen auch Eisen- und Mangan-Ionen, die ebenfalls in geringer Konzentration im Trink- und Oberfl-
chenwasser vorkommen. Auch sie bilden in wssriger LÇsung schwerlÇsliche Salze, die durch ihre gelbe bis braune Frbung identifiziert werden kÇnnen und die zu Wschevergilbungen fÅhren. Zustzlich stÇren diese Schwermetall-Ionen den Bleichvorgang (vgl. Kap. 5.4).

Die Summe der Erdalkalien wird in Form der Wasserhrte (Gesamthrte) erfasst. Man bezeichnet Wasser mit hohem Gehalt an Calcium- und Magnesium-Ionen als hart, solches mit geringem Gehalt als weich. Entstanden ist der Begriff

„Hrte“ des Wassers, weil calcium- und magnesiumreiches Wasser in frÅheren Zeiten beim Waschen mit Seife zu brettharter Wsche fÅhrte. Die zahlenmßige Festlegung geschieht in Form von Hrtegraden (Abb. 1.5). Die gesetzlich vorgeschriebene Maßeinheit lautet Millimol Erdalkali-Ionen pro Liter Wasser (mmol/L). In Deutschland ist aber auch immer noch die traditionelle Einheit Grad deutscher Hrte (hd) gebruchlich.

Die internationale Standardisierung der Maßeinheit hat sich noch nicht Åberall durchgesetzt, so dass es von Land zu Land noch weitere unterschiedliche Maß-
einheiten gibt. Gemß der Neufassung des Wasch- und Reinigungsmittelgesetzes v. 29.04.2007 (WRMG) bezeichnet man Wasser mit mehr als 2,5 mmol Erdalkali-Ionen pro Liter (i 14 hd) als hart (Abb. 1.6).

Entscheidend fÅr die Konzentration der Erdalkalien ist die Herkunft des Wassers. Die Carbonate von Calcium und Magnesium sind sehr schwerlÇslich und Abb. 1.5

Umrechnungstabelle zur Ermittlung der Wasserhrte.

6

1 Partner beim Waschprozess

Abb. 1.6

Wasserhrtebereiche in Deutschland gemß Wasch- und Reinigungsmittelgesetz.

Abb. 1.7

Carbonatgleichgewicht.

Abb. 1.8

Wasserhrteverteilung in Deutschland nach Regionen.

1.3 Wasser und Wasserhrte

7
wÅrden fÅr sich allein nicht zu einer nennenswerten Belastung des Wassers mit diesen Ionen fÅhren. In Verbindung mit Kohlenstoffdioxid aus der Luft oder aus Oberflchengewssern kann sich jedoch in wssriger LÇsung leichtlÇsliches Cal-ciumhydrogencarbonat bilden (Abb. 1.7).

Als Folge dieses Carbonatgleichgewichtes kann es unter bestimmten Bedingungen zu sehr hohen Erdalkalikonzentrationen im Wasser kommen. Im Extremfall kÇnnen Konzentrationen von mehr als 100 Grad deutscher Hrte (entspricht mehr als 18 mmol/L Ca2+- und Mg2+-Ionen) entstehen. Beim Erwrmen, z. B.

beim Waschen und Kochen im Haushalt, kann Calciumcarbonat wieder zurÅck-gebildet werden und sich in Form von Kesselstein ablagern oder als Inkrustation auf der Wsche niederschlagen. FÅr Magnesium-Ionen gelten hnliche berlegungen, allerdings kann in alkalischer LÇsung zustzlich schwerlÇsliches Magne-siumhydroxid ausfallen. Regenwasser besitzt eine Wasserhrte unter 0,2 mmol/L

(1 hd).

Deutschland gehÇrt zu den Gebieten mit relativ hoher durchschnittlicher Wasserhrte. Innerhalb von Deutschland wiederum ist die Wasserhrte je nach geo-logischen Gegebenheiten unterschiedlich. Eng benachbarte Gebiete kÇnnen sehr differierende Wasserhrten besitzen (Abb. 1.8).

Beispielsweise kommen im Stadtgebiet Frankfurt a. M. abhngig von der genauen Wohnlage im Trinkwasser alle Wasserhrtebereiche von weich bis hart vor. Durch die Wiedervereinigung ist seit 1990 eine Verschiebung hin zu hrte-rem Wasser erfolgt. berwiegend hartes Wasser findet man in Großbritannien, ausgesprochen niedrige Wasserhrten z. B. in Japan oder den USA (Abb. 1.9).

FÅr die richtige Dosierung des Waschmittels ist die Kenntnis der Wasserhrte notwendig. Sie kann in Deutschland bei den Çrtlichen Wasserwerken jederzeit er-fragt werden. Einmal jhrlich wird sie allen Haushalten (meist als Bestandteil der Wasserjahresabrechnung) bekannt gegeben.

Abb. 1.9

Verteilung der Wasserhrte in ausgewhlten Lndern in Prozent der jeweils im angegebenen Hrtebereich befindlichen Haushalte.

8

1 Partner beim Waschprozess

1.4

Textilien

Die Textilfasern stellen in ihrer chemischen Struktur und ihren Eigenschaften ein sehr weites Spektrum dar [4, 5]. Sie lassen sich je nach ihrer Gewinnung bzw.

Herstellung in zwei große Klassen teilen, die Naturfasern und die Chemiefasern (Abb. 1.10).

Die Unterschiede im chemischen Aufbau und der Struktur der Faser (Abb.

1.11) bestimmen gemeinsam mit der Textilkonstruktion die physiologischen Eigenschaften der Kleidung und haben auch einen großen Einfluss auf die Waschbarkeit der Textilien. Die Kenntnis der Art der Textilfasern ist notwendig fÅr die Wahl von Waschtemperatur und Waschmittel.

Abb. 1.10

Einteilung der Textilfasern (mit der zugehÇrigen standardisierten Kurzbezeichnung).

1.4 Textilien

9

Abb. 1.11

Stark vergrÇßerte Textilfasern (VergrÇßerung: (a) 675:1; (b) 6800:1; (c) 2200:1).

Naturfasern

Naturfasern besitzen eine weitaus grÇßere und rauere Oberflche als Synthesefasern. Sowohl Baumwolle als auch Wolle kÇnnen relativ viel Wasser einlagern.

Nach bekleidungsphysiologischen Gesichtspunkten sind Naturfasern, bedingt durch ihren komplexen Faseraufbau mit stark hydrophiler Beschaffenheit, auch heute noch unÅbertroffen.

Die Baumwolle stellt die weitaus wichtigste Naturfaser dar. 2008 wurden weltweit 24,3 Millionen Tonnen dieser Faser produziert (Abb. 1.12).

Baumwolle ist preiswert, sehr hautfreundlich, lsst sich leicht verarbeiten und frben.

Baumwolle besteht aus nahezu reiner Cellulose, einem Polysaccharid, welches aus 8.000 bis 14.000 Glucoseeinheiten aufgebaut ist. Die Glucose liegt als ß-D-Glucose vor, und die MolekÅle sind stets Åber die 1,4-Stellung miteinander verknÅpft. Daraus resultiert ein langgestrecktes fadenfÇrmiges MakromolekÅl (Abb. 1.13).

Etwa 30 Celluloseketten lagern sich, Åber WasserstoffbrÅckenbindungen zusammengehalten, zu kleinen Einheiten, den Elementarfibrillen zusammen. Mehrere Elementarfibrillen bilden miteinander verdrillte grÇßere Verbnde, die Mikrofibrillen, die sich wiederum zu Makrofibrillen zusammenlagern. Mehrere Makrofibrillen bilden einen Fribrillenstrang. Eine Baumwollfaser ist aus vielen Fibrillenstrngen aufgebaut, die sich schichtweise anordnen. Im Faserinnern verbleibt ein kleiner Hohlraum, den man Lumen nennt. Die ußere Wand der Baumwollfaser (Cuticula) besteht aus besonderes widerstandsfhigen Kohlenhydraten (He-micellulose und Pektine) und einer Wachsschicht. Die ußere Form der Baumwollfaser ist flach und verdreht (Abb. 1.14).

Die Fibrillenstrnge werden leicht von Wasser durchdrungen, so dass

Baumwolle bis zu 65 % ihres Gewichtes an Wasser aufnehmen kann, ohne zu tropfen.

10

1 Partner beim Waschprozess

Abb. 1.12

Welttextilfaserproduktion 1970 bis 2008.

Abb. 1.13

Ausschnitt aus einem CellulosemolekÅl.

Die Wolle ist in ihren Gebrauchseigenschaften unÅbertroffen. Durch ihre ge-kruselte Struktur schließt sie große Mengen Luft ein und hat dadurch sehr gute wrmeisolierende Eigenschaften. Weiterhin kann Wolle grÇßere Mengen an Wasser speichern. Die Schmutzaufnahmebereitschaft ist gering. Diesen Gebrauchseigenschaften stehen aufwendige Pflegeeigenschaften gegenÅber, denn Wolle kann verfilzen. Nicht zuletzt deshalb haben Textilien aus Wolle heute nur noch einen geringen Anteil am Textilmarkt.

1.4 Textilien

11

Abb. 1.14

Aufbau einer Baumwollfaser.

Die raue ußere Schuppenschicht der Wollfasern neigt zum Verhaken und Ver-zahnen untereinander, dadurch werden die Wollfasern verdichtet und rumlich fixiert. Das findet insbesondere im feuchten, aufgequollenen Zustand unter mechanischer Beanspruchung statt. Die Wolle verliert dabei einen Großteil ihrer positiven Gebrauchseigenschaften. Das Verfilzen wird durch stark alkalische Waschlaugen, erhÇhte Temperatur und mechanische EinflÅsse (Stauchen und DrÅcken) begÅnstigt.

Die Ursachen fÅr die besonderen Eigenschaften der Wolle liegen in ihrer chemischen Struktur begrÅndet. Wolle besteht aus EiweißmolekÅlen, den Keratinen.

Grundbausteine sind 18 Aminosuren, die Åber Peptidbindungen miteinander verknÅpft sind. Die Keratine liegen als spiralfÇrmige MolekÅle (a-Helix) vor.

Vier Helices sind miteinander zu einer Superhelix verdrillt, die hnlich wie CellulosemolekÅle zu kleinen Einheiten, den Mikrofibrillen, assoziieren. Diese lagern sich in regelmßigen, komplexen Strukturen zu einer Wollfaser zusammen (Abb. 1.15).

Die Helixstruktur ist die Ursache der großen Faserelastizitt. Bei Belastung kÇnnen die gedrillten Proteinketten in einen gestreckten Zustand Åbergehen.

Tritt Entlastung ein, bildet sich die ursprÅngliche Helixstruktur zurÅck. In den Hohlrumen der Helixstruktur ist ausreichend Platz fÅr die kleinen Wassermole-

12

1 Partner beim Waschprozess

Abb. 1.15

Aufbau einer Wollfaser.

kÅle, dadurch kann Wolle bis zu 30 % ihres Eigengewichtes an Wasser speichern, ohne sich feucht anzufÅhlen. Wolle ist bei allen Tierarten, unter anderem Schaf, Ziege, Kamel, Lama, chemisch hnlich aufgebaut.

Auch Seide, das Spinnsekret des Seidenspinners (Bombyx mori), besteht aus Proteinen. Diese liegen aber nicht wie Keratine als Helixstruktur, sondern in einem fast gestreckten Zustand, der Faltblattstruktur, vor. Seide kann dadurch keine grÇßeren Mengen an Wasser speichern, ist dafÅr aber extrem reißfest.

Seide zeigt einen charakteristischen Glanz.

Chemiefasern

Chemiefasern auf Cellulosebasis (cellulosische Fasern) gehÇren zu den ltesten synthetischen Fasern, nehmen wegen der Rohstoffbasis Cellulose genau genommen eine Zwischenstellung zwischen Natur- und Chemiefasern ein.

Viskose ist die weitaus wichtigste cellulosische Faser. Zur ihrer Herstellung wird Cellulose aufgelÇst und durch SpinndÅsen bei gleichzeitiger Ausfllung in die neue gewÅnschte Form gebracht. Das wichtigste LÇsungsmittel ist Schwefelkoh-lenstoff in Verbindung mit Natronlauge. Viskosefasern haben eine glatte gln-zende Oberflche. Rein optisch zeigt Viskose durch ihren Glanz eine große hnlichkeit mit Seide und wird daher auch Kunstseide genannt.

Weitere auf Cellulose basierende Fasern – Cupro, Modal, Acetat und Triacetat –
haben nur einen geringen Anteil an den Textilfasern.

Die Lyocell-Faser ist eine neuartige cellulosische Faser, die durch Regenerieren der Cellulose in Faserform aus einer LÇsung von Cellulose in einem organischen LÇsungsmittel gewonnen wird. Dadurch lsst sich diese viskosehnliche Faser auf besonders umweltschonende Weise herstellen, denn das eingesetzte LÇsungsmittel (N-Methylmorpholin-N-oxid) lsst sich nahezu vollstndig zurÅckgewinnen.

Zustzlich lassen sich Åber dieses Produktionsverfahren Fasereigenschaften, z. B. die Nassfestigkeit, verbessern.

Zwischen 1950 und 1960 wurden die klassischen Chemiefasern Polyamid und Polyester eingefÅhrt. Es begann ein neuer Zeitabschnitt fÅr Textilien, denn die pflegeleichten Chemiefasern waren bÅgelfrei, ließen sich leicht subern, schnell trocknen und erleichterten dadurch die Hausarbeit erheblich. Leider waren die

1.4 Textilien

13
bekleidungsphysiologischen Eigenschaften von synthetischen Fasern der ersten Generation unbefriedigend, denn sie hatten eine relativ glatte Oberflche, konnten keine grÇßeren Mengen Wasser binden und luden sich hufig elektrostatisch auf.

In der Folgezeit war die Industrie bestrebt, die bekleidungsphysiologischen Eigenschaften der Chemiefasern zu verbessern. Dies gelang durch Texturieren, d. h.

Kruseln der thermoplastischen Fasern und durch Mischungen mit Naturfasern, z. B. Baumwolle/Polyester. Bei den Fasermischungen Åbernimmt die Naturfaser den Feuchtigkeitsaustausch, die Chemiefaser sorgt fÅr eine pflegeleichte Stoff-konstruktion. Solche pflegeleichten Stoffe aus Natur- und Chemiefasern machen heute den grÇßten Anteil des Bekleidungsmarktes aus. Polyesterfasern sind weltweit die mengenmßig wichtigsten Chemiefasern [6], mit Handelsnamen z. B.

Trevirar, Diolenr oder Dacronr bezeichnet (Abb. 1.16).

Vollkommen neue Eigenschaften bieten elastische Fasern aus Polyurethan, die Elastanfasern (Lycrar, Dorlastanr). Sie sind aus der Bade- und Sportmode heute nicht mehr wegzudenken. Interessante Neuentwicklungen sind auch im Bereich der funktionellen Oberbekleidung, z. B. wetterfeste Kleidung oder Berufs- und Sportkleidung, entstanden. Textilkonstruktionen mit mikroporÇsen Membranen aus Teflonr (Gore-Texr) oder hydrophilen Membranen aus Polyester (Sympatexr) sind undurchlssig fÅr Regen und Wind, sind aber durchlssig fÅr Wasserdampf, so dass die KÇrperfeuchte sich nicht staut. Diese modernen Textilkonstruktionen verbinden gute bekleidungsphysiologische Eigenschaften mit hohem Tragekomfort. Einen hnlichen Charakter zeigen Textilien aus Mikrofasern. Die Mikrofaser ist eine ußerst feine Chemiefaser (hundertmal feiner als Menschenhaar), die sich problemlos mit anderen Natur- oder Chemiefasern kombinieren lsst. An Bedeutung gewonnen haben auch Polypropylenfasern, die fÅr funktionelle Sport-unterwsche und Outdoorbekleidung Verwendung finden. Um die Gebrauchseigenschaften dieser modernen Textilien zu erhalten, ist eine genaue Beachtung der Pflegeanweisungen notwendig.

Abb. 1.16

Die chemische Struktur von Polyester und Polyamid.

14

1 Partner beim Waschprozess

Zukunftsperspektiven

Ganz neue Perspektiven bieten sich durch sogenannte „intelligente“ und „funktionale“ Textilien. Viele Innovationen sind hier in der Entwicklung: Textilien, die Strom leiten kÇnnen, ihre Form und Elastizitt ußeren Belastungen anpassen, unangenehme GerÅche aufnehmen, kontrolliert Åber lngere Zeitrume WohlgerÅche abgeben, ihre Farbe ndern, gut dosiert pharmakologische Wirkstoffe abgeben, antibakterielle Eigenschaften aufweisen, schmutzabweisende oder selbstreinigende Oberflchen besitzen (Lotus-Effekt, katalytische Schmutzentfernung), heizbar sind oder Wrme speichern oder zustzlich mikroelektronische Sensoren (z. B. fÅr Puls, Blutdruck, Temperatur u. a.) und Steuerfunktionen besitzen. Da-rÅber hinaus kÇnnten zukÅnftig auch Wegwerftextilien, die heute schon im medizinischen Bereich eingesetzt werden, eine Rolle spielen oder Textilien aus Spraydosen, die mit Wasser wieder abgewaschen werden kÇnnen [7].

Diese Innovationen werden in Zukunft den Bekleidungsmarkt ergnzen und erweitern und auch Einfluss auf die Waschgewohnheiten und Waschbarkeit von Textilien haben.

Kennzeichnung der Textilfasern

Das Textilkennzeichnungsgesetz (TKG) ist den Textilkennzeichnungsrichtlinien der Europischen Gemeinschaft angepasst und regelt die Rohstoffangabe fast aller im Handel angebotenen Textilerzeugnisse. Ziel ist es, den Verbraucher darÅ-
ber zu informieren, aus welchen textilen Rohstoffen z. B. ein KleidungsstÅck besteht. Zustzlich ist die Mengenangabe der jeweiligen Faser in Gewichtsprozent vorgeschrieben. Im Zuge der europischen Vereinheitlichung wird heute zunehmend die Faserart nicht mehr ausgeschrieben, sondern nur noch als international genormte Kurzbezeichnung angegeben (s. Abb. 1.10).

Waschbarkeit von Textilien

Ein sicherer Leitfaden zur Waschbarkeit von Textilien ist die Pflegekennzeichnung (Abb. 1.17). Sie ist in Europa einheitlich und meist in die KleidungsstÅcke einge-nht. Die Pflegekennzeichnung beruht auf einer freiwilligen bereinkunft der Textilhersteller. Textilien ohne Pflegekennzeichnung sollten besser nicht gekauft werden. Vor dem Waschen, Trocknen oder BÅgeln sollten in jedem Fall die Pflegehinweise auf dem Etikett des KleidungsstÅcks beachtet werden. Bei starker Verschmutzung und sichtbaren Flecken empfiehlt sich vor dem Waschen eine Vorbehandlung der Flecken (vgl. auch Kap. 8.4).

Baumwolle lsst sich mit Vollwaschmittel bei 60 hC bis 95 hC waschen, soweit die Frbung nicht dagegen spricht. Die Waschtemperatur von 95 hC ist nur notwendig, wenn aus gesundheitlichen GrÅnden, z. B. bei infektiÇsen Krankheiten, eine besonders weitgehende Keimreduzierung erforderlich ist.

Die Pflege von Wolle und Seide erfordert besondere Sorgfalt. Textilien aus diesen Fasern sind gegenÅber erhÇhter Temperatur und alkalischen Waschlaugen sehr empfindlich. Ist Wolle nicht besonders vorbehandelt (Waschbar-AusrÅstung), darf sie nur von Hand und mit speziellen Wollwaschmitteln oder einem Haarshampoo gewaschen werden.

1.4 Textilien

15

Abb. 1.17

Symbole fÅr die Pflegebehandlung von Textilien (Quelle: IKW).

16

1 Partner beim Waschprozess

Chemiefasern lassen sich aufgrund ihrer glatten Oberflche meist leicht waschen. Allerdings ist nicht jede Form des Schmutzes gleichermaßen gut zu entfernen. Pigmentschmutz lsst sich leicht ablÇsen, fettige Anschmutzungen, in ihren lipophilen Eigenschaften der Faser hnlich, kÇnnen auch sehr schwer ent-fernbar sein. Synthetisch hergestellte Fasern sind temperaturempfindlich, sie werden meist bei 30 hC oder 40 hC, hÇchstens jedoch bei 60 hC gewaschen. Oberhalb dieser Temperaturen kann es zur Fasererweichung kommen. Irreversible Formvernderungen sind die Folge. Chemiefasern neigen leichter zum Vergrauen als Naturfasern, weil insbesondere bei hÇherer Temperatur fetthnlicher (lipophiler) Schmutz durch Diffusionsprozesse tief in die Faser hineinwandern kann, was zu einer dauerhaften Schmutzbindung fÅhrt. Synthesefasern haben ferner die unerwÅnschte Eigenschaft, sich bei mechanischer Bewegung stark elektrostatisch aufzuladen, dies fÅhrt zu einer erhÇhten Schmutzablagerung. Textilien aus diesen Fasern mÅssen daher hufig gewaschen werden.

Neben dem oben beschriebenen unterschiedlichen Aufbau der Fasern spielen Frbe- und Veredlungstechniken fÅr die Waschbarkeit der Textilien eine wichtige Rolle. Gefrbte Textilien dÅrfen in der Regel hÇchstens bei 60 hC gewaschen werden. Meist ist schon 40 hC die Obergrenze, oberhalb der es zum Ausfrben der Textilien kommen kann. Heute ist der Åberwiegende Teil der Wsche gefrbt, der Anteil rein weißer Textilien an den Waschartikeln ist verhltnismßig gering (s. auch Kap. 8.2).

Funktionelle Sport- und Oberbekleidung sollte mit Feinwaschmitteln oder flÅssigen Colorwaschmitteln und im Schonwaschgang gewaschen werden. FÅr Membrantextilien sollten keine WeichspÅler verwendet werden, da diese die Funktions-fhigkeit der Membran vermindern kÇnnen.

1.5

Waschmaschinen

Historische Entwicklung
ber Jahrtausende hinweg wurde die Wsche mit der Hand gewaschen, wobei je nach Zeitalter und Kulturkreis verschiedene mechanische Hilfsmittel zum Waschen genutzt wurden. Erst mit der Versorgung der Haushalte mit Wasser und Elektrizitt konnten elektrische Waschmaschinen, wie wir sie heute als selbstverstndlich ansehen, zum Einsatz kommen.

Ende des 18. Jahrhunderts begann in Deutschland die Versorgung der Haushalte mit Trinkwasser. In den Jahren von 1910 bis 1930 wurden viele Haushalte, zuerst in den großen Stdten, an das Stromnetz angeschlossen. Parallel dazu kamen erste, noch recht einfach aufgebaute Bottich-Waschgerte auf den Markt, teilweise schon mit einem elektrischen Antrieb. Ab ca. 1930 ermÇglichte ein Bottich aus Metall das Beheizen des Waschwassers mit Gas oder Kohle (Abb. 1.18).

Die flchendeckende Elektrifizierung des Waschvorgangs und der Siegeszug der elektrischen Haushaltswaschmaschinen begannen in der Bundesrepublik

1.5 Waschmaschinen

17

Abb. 1.18

Historische Waschmaschine von 1939.

und anderen europischen Lndern in den 50er Jahren des letzten Jahrhunderts

[8]. Zu Beginn der fÅnfziger Jahre wurde die Wsche hufig noch in der WaschkÅche im Waschkessel von Hand gewaschen. In der ersten Hlfte der fÅnfziger Jahre hielten Bottichwaschmaschinen Einzug in die Haushalte. Diese Maschinen waren noch recht einfach aufgebaut und standen im Allgemeinen in der WaschkÅche.

Ab Mitte der fÅnfziger Jahre eroberten die neu entwickelten Trommelwaschmaschinen zunehmend den Markt. Anfangs als teilautomatische Maschinen (einge-baute Heizung, Laugenpumpe und Wasserzulaufventile), kurze Zeit spter auch als Waschvollautomaten, die waschen, spÅlen und schleudern konnten. Aufgrund der beim Schleudern entstehenden Unwuchtkrfte mussten die Waschmaschinen fest am Boden verankert werden. Zu Beginn der sechziger Jahre verloren die Bottichwaschmaschinen stark an Bedeutung und Trommelwaschmaschinen setzten sich in den Haushalten durch. 1961 kamen erste freistehende Vollautomaten auf den Markt, die nicht mehr am Boden verankert werden mussten. Dadurch wurde das Waschen zunehmend in die Wohnung verlagert.

1960 besaßen 29 % der deutschen Haushalte eine elektrische Waschmaschine, 1970 waren es bereits 74 % [9]. Heute gehÇrt eine Waschmaschine in den hoch-industrialisierten Lndern zur Grundausstattung eines Haushaltes (Abb. 1.19).

2008 sind in Deutschland ca. 97 % der Haushalte mit einer elektrischen Waschmaschine ausgestattet [10]; die restlichen Haushalte waschen ihre Wsche entweder in Waschsalons oder lassen Waschen. Weitere Fakten und Daten zum Waschverhalten in deutschen Haushalten finden sich im Kapitel 8.2.

Die weite Verbreitung der Gerte und die damit verbundene hohe StÅckzahl bei der Herstellung hatten zur Folge, dass die Waschmaschinen, gemessen an der absoluten Kaufkraft, immer billiger wurden. Ein Waschvollautomat kostete 1962
etwa 2.300 DM (umgerechnet 1.200 U), ein moderner Waschautomat 2010 zwi-

18

1 Partner beim Waschprozess

Abb. 1.19

Waschmaschinen im Wandel der Zeit.

schen 300 U und 1.000 U, Spitzengerte auch darÅber. BerÅcksichtigt man den Kaufkraftverlust seit 1962 (ca. ein Faktor 3,75), so ist der Preis einer Waschmaschine in den letzten fÅnfzig Jahren auf etwa ein Zehntel des damaligen Preises gesunken, obwohl die Waschmaschinen sich qualitativ und quantitativ seit dem wesentlich verbessert haben.

Waschmaschinen im weltweiten Vergleich

Die Waschtechnik und der technische Aufbau der Waschmaschinen haben sich weltweit nicht einheitlich entwickelt. Neben der unterschiedlichen Wasserhrte in den verschiedenen Weltregionen sind die andersartigen Lebensgewohnheiten in den einzelnen Lndern Ausdruck dafÅr, dass sich Waschgewohnheiten und Waschbedingungen kulturell unterschiedlich entwickelt haben. Whrend in West-Europa seit Ende der 1950er Jahre Åberwiegend Trommelwaschmaschinen im Einsatz sind, haben sich in Nord-Amerika und Asien vor allem Bottichwaschmaschinen durchgesetzt (Abb. 1.20).

1.5 Waschmaschinen

19

Abb. 1.19

Waschmaschinen im Wandel der Zeit. (Fortsetzung)

Bei der Trommelwaschmaschine taucht die Wsche nur zu einem geringen Teil in die Waschlauge ein und wird von den Rippen der sich drehenden Trommel in regelmßigen Abstnden aus der Waschlauge herausgehoben. Sie fllt anschließend in das Wasser zurÅck. Die mechanische Bearbeitung der Wsche durch Quetschen und Stauchen ist stark und fÅhrt damit zu einer effektiven und gleichmßigen Reinigung. Die Drehachse der Trommel ist horizontal ausgerichtet; die Wschebeladung erfolgt Åber eine ffnung auf der Vorderseite der Trommel (Frontlader) oder Åber eine TÅr im Mantel der Trommel (Toplader).

Agitator-Bottichwaschmaschinen sind mit einem rotierenden Wschebeweger (sog.

Agitator) mit vertikaler Drehachse ausgestattet, der die Wsche in der Waschlauge rÅhrt. Dazu muss die Wsche vollstndig in der Waschlauge schwimmen.

Pulsator-Wellenradwaschmaschinen sind hnlich aufgebaut wie Agitator-Bottichwaschmaschinen. Sie besitzen eine gerippte Scheibe am Boden (sog. Pulsator) mit ebenfalls vertikaler Drehachse, die fÅr die mechanische Bewegung der W-
sche sorgt.

20

1 Partner beim Waschprozess

Abb. 1.20

Vergleich von amerikanischen, japanischen und europischen Waschmaschinen.

Sowohl die Verbrauchergewohnheiten als auch die Waschbedingungen sind in verschiedenen Lndern ußerst unterschiedlich (Abb. 1.21) [11].

Ausgehend von europischen Verhltnissen wscht der japanische Verbraucher seine Wsche etwa dreimal so hufig und der US-amerikanische etwa 70 % hufiger. Auch sind Vor- und Nachbehandlungen (Fleckenentfernung, Hygiene) der Wsche in diesen Lndern weitaus gebruchlicher. Whrend in den Agitator-Waschmaschinen das Waschen mit extern vorerwrmtem Wasser (Cold – Warm

– Hot) erfolgt, wird in Pulsator-Waschmaschinen meist kalt gewaschen. Da dadurch die Waschtemperatur meist niedriger ist, ist der Beitrag der Waschmaschine zur Erzielung eines notwendigen Reinigungseffektes an Textilien in diesen Regionen deutlich geringer als in Europa. Auch ist der Einsatz an (externer) Energie (Agitator) und Wasser (Agitator und Pulsator) deutlich hÇher als bei europischen Maschinen.

Abb. 1.21

Waschgewohnheiten und Waschbedingungen weltweit [11].

1.5 Waschmaschinen

21

Die Waschmaschine des 21. Jahrhunderts ist die Trommelwaschmaschine. Sie ist wegen der guten Waschleistung und des geringen Energie- und Wasserbedarfs den Bottichwaschmaschinen Åberlegen. Es ist deshalb nicht verwunderlich, dass in jÅngster Zeit sowohl in Amerika als auch in Japan und anderen asiatischen Lndern Trommelwaschmaschinen mit beachtlichem Erfolg auf den Markt gebracht wurden, ja sogar solche Gerte von den dortigen Herstellern auch nach Europa exportiert werden. Dazu wurde nicht nur das Waschprinzip kopiert, sondern wurden auch viele Innovationen der europischen Trommelwaschmaschine der letzten Jahrzehnte gleich mit umgesetzt.

Innovationen bei europischen Waschmaschinen

In den letzten Jahren bzw. Jahrzehnten haben sich europische Waschmaschinen nochmals deutlich verbessert. Wichtige Entwicklungsrichtungen waren dabei [12]: x Energieeinsparung,
x Wassereinsparung,
x Optimierung des Waschprozesses,
x Verbesserung der Sicherheit,
x einfache Bedienung.

Seit der Zeit der ersten lkrise Mitte der siebziger Jahre sind bei Trommelwaschmaschinen betrchtliche Neuerungen hinsichtlich Wasser- und Energieeinsparung erzielt worden. Brauchte eine Waschmaschine mit einem FassungsvermÇ-
gen von ca. 4,5 kg 1970 4,3 kWh fÅr die Kochwsche, so lag der Verbrauch 2010 bei 1,5 kWh. Der Wasserverbrauch ist im gleichen Zeitraum von 200 L
auf 45 L zurÅckgegangen (Abb. 1.22). Bei einigen Modellen ist sogar bis auf 39 L reduziert worden.

Aus GrÅnden des Klimaschutzes gewinnt ein mÇglichst geringer Energieverbrauch beim Waschen eine immer grÇßere Bedeutung. Seit 2009 sind deshalb Waschmaschinen auf dem Markt, die Åber spezielle Waschprogramme im Niedrigtemperaturbereich (Kaltwasch- oder 20 hC-Programme) verfÅgen. Demgegen-

Åber verliert der Kochwaschgang (90 hC) immer mehr an Bedeutung. Manche Waschmaschinen verfÅgen Åber einen separaten Warmwasseranschluss, um extern, z. B. Åber Solarenergie, erwrmtes Wasser zu nutzen und den Energiebedarf nochmals zu reduzieren.

Die Reduktion der Verbrauchswerte in der oben genannten GrÇßenordnung war nur mÇglich durch die EinfÅhrung vieler technischer Neuerungen (Abb.

1.23).

Przisere Sensoren fÅr Wassermengen- und Temperatursteuerungen, die computergesteuert hufig auf dem Prinzip der Fuzzylogik beruhen, haben zum Beispiel eine genauere Anpassung der Waschparameter an die Beladungsmenge und die Programmwahl ermÇglicht. Dazu kommt der Einsatz von immer ausgefeilte-ren elektronischen Steuerungen und Regelungen, die eine punktgenaue FÅhrung des Waschprozesses durch die Waschmaschine erlauben und zum Teil sogar lern-fhige und mit Expertenwissen ausgestattete ProzessfÅhrungen implementiert haben [13]. Die grÇßte Wasserersparnis bei Waschmaschinen wurde durch mo-

22

1 Partner beim Waschprozess

Abb. 1.22

Entwicklung der Verbrauchswerte bei Waschmaschinen (1970 bis 2010).

derne SpÅlprogramme erzielt. Durch kombinierte SpÅl- und Zwischenschleuder-schritte gelingt es, mit sehr viel weniger Wasser als frÅher Schmutz und Waschmittelreste auszuspÅlen. Den Ablauf eines typischen Wasch- und SpÅlprogramms (Temperatur- und Bewegungsverlauf) zeigt Abbildung 1.24.

Dementsprechend hat heute jede moderne Waschmaschine eine Vielzahl von Programmvariationen, die eine optimale, teilweise automatische Anpassung an die zu waschende Wsche erlaubt.

Im Folgenden werden ausgewhlte Innovationen genauer betrachtet:

Mitte der 1980er Jahre waren wichtige Neuerungen der Waschmaschinentechnik die Verhinderung von Waschmittelverlust (Stichwort: ko-Schleuse) und wassersparende Befeuchtungssysteme der Wsche (z. B. SchÇpfrippen- und SprÅhsystem) (Abb. 1.25).

Die 1990er Jahre waren geprgt durch viele Neuerungen zur Erzielung einer einfacheren Bedienbarkeit, wie etwa grÇßere oder geneigte TrommeleinfÅllÇffnungen und insbesondere Åbersichtlichere und einfachere Bedienblenden.

Neben der bis dahin Åblichen GrÇße von 5 kg FassungsvermÇgen fÅr Frontlader werden nun auch grÇßere Waschmaschinen angeboten, die bis zu 7 kg FassungsvermÇgen haben.

Dieser Trend zur Verbesserung des Bedienungskomforts setzt sich im 21. Jahrhundert fort, z. B. durch die EinfÅhrung von großflchigen graphischen Displays zur Programmeinstellung oder gar zur Fernbedienung oder Fernabfrage mittels Anschluss der Waschmaschine an ein hausinternes Kommunikationssystem

1.5 Waschmaschinen

23

Abb. 1.23

Aufbau einer modernen Trommel-

Wasserzulauf ab. Ein HÅllschlauch umschließt
waschmaschine (Quelle: Miele)

den Zulaufschlauch und ist maschinenseitig

WPS = Waterproof-System: An der Verschrau-
mit der RÅckwand verbunden. In der Boden-
bung des Wasserzulaufs ist ein Doppel-
wanne befindet sich ein Schwimmerschalter,

Magnetventil angebracht. Erkennt der Wasch-
der bei Nsse das Wasserzulaufventil sofort
vollautomat einen Defekt, verschließt er
verschließt.

automatisch das Ventil und sperrt damit den
oder das Internet. MÇglich ist auch ein zeitversetztes Waschen mittels Timer, um so den oft gÅnstigen Nachtstrom zu nutzen. Durch eine vernderte und optimierte Konstruktion der Waschtrommeloberflche ist es gelungen, die Wscheschonung whrend des Waschens nochmals zu verbessern.

Die weitaus grÇßte Marktbedeutung haben Frontlader. Das FassungsvermÇgen der Frontlader ist gegenÅber den 1990er Jahren weiter erhÇht worden und es gibt 2009 Waschmaschinen mit bis zu 8 kg FassungsvermÇgen am Markt, Maschinen mit 6 kg Inhalt stellen 2009 das wichtigste Marktsegment dar. Toplader haben durchschnittlich ein geringeres FassungsvermÇgen von 4 bis 5 kg. Die Schleuder-drehzahlen sind ebenfalls erhÇht worden. Waschmaschinen mit 1.400 und mehr Schleuderumdrehungen pro Minute haben 2009 einen Marktanteil von rund 70 % [14].

Die Steuerungssysteme wurden nochmals verbessert, so dass heute beispielsweise bei manchen Modellen eine automatische, der Wsche angepasste Dosierung

24

1 Partner beim Waschprozess

Abb. 1.24

Schema
eines durchschnittlichen

Waschprogramms.

Abb. 1.25

WasserfÅhrungssysteme bei Waschmaschinen.

1.5 Waschmaschinen

25
flÅssiger Waschmittel mÇglich ist [15]. ber die so genannte Mengenautomatik ermitteln Sensoren, wie viel des einlaufenden Wassers von der Wsche aufgesogen wird, berechnen daraus die Wschemenge und passen das Waschprogramm und auch, falls vorhanden, die Waschmitteldosierung dieser Menge an. Die erweiterte Mengenautomatik berÅcksichtigt zustzlich die TemperaturabkÅhlung der Wsche beim ersten SpÅlwassereinlauf und ermittelt daraus die optimale Anzahl der SpÅl-gnge. Mit Hilfe der Beladungserkennung wird die Wschemenge in der Trommel per Sensor ermittelt, der das geringfÅgige Absinken der Wschetrommel beim Be-fÅllen erfasst und anzeigt, so dass eine optimale Beladung der Maschine und die Angabe der benÇtigten Waschmittelmenge mÇglich wird.

BezÅglich der Sicherheit sind Wasserschutzsysteme weiterentwickelt worden, die bei einem unkontrollierten Auslaufen von Wasser, z. B. bei defektem Zulaufventil, Undichtigkeiten oder Platzen des Zulaufschlauches, den Wasserzulauf sofort unterbrechen und dadurch grÇßere Wasserschden verhindern.

Ab FrÅhjahr 1996 fÅhren alle Waschmaschinen das europische Energielabel (Abb. 1.26), das Auskunft zu Waschleistung, Energie- und Wasserverbrauch, Schleuderwirkung und Geruschentwicklung gibt.

In einer Skala, die von A bis G reicht, wird dem Verbraucher eine Information Åber die Rangordnung der Effizienz der Maschinen gegeben, wobei A die effizienteste Klasse bezeichnet. Allerdings beziehen sich diese Angaben nur auf ein Vergleichsprogramm (fÅr 60 hC Baumwollwsche), so dass es durchaus große Unterschiede in anderen Programmen, die nicht relevant fÅr das Energielabel sind, gibt.

Das Energielabel hat dazu gefÅhrt, dass sich alle Anbieter auf dem europ-
ischen Markt darauf konzentriert haben, in den Angaben des Energielabels gut dazustehen. Gelitten hat darunter z. B. die Dauer der Waschprogramme, da dieser Parameter nicht auf dem Energielabel angegeben wird (nur in der Tabelle der Ver-kaufsbroschÅre und in der Gebrauchsanweisung), eine lngere Waschprogramm-dauer sich aber positiv auf die damit erzielbare Reinigungsleistung auswirkt.

Ebenso wird der Standby-Energieverbrauch beim Energielabel bisher nicht berÅcksichtigt.

2009 haben fast alle Waschmaschinen eine Einstufung fÅr Energieeffizienz, Waschwirkung und Schleuderwirkung in der Klasse A. Als Differenzierungskrite-rium fÅr die Verbraucher ist es damit kaum noch geeignet. Dabei gibt es je nach Hersteller und Preisniveau deutliche Unterschiede in der Leistungsfhigkeit der Waschmaschinen bezÅglich Waschleistung, Wscheschonung, Energie- und Wasserverbrauch sowie Bedienungsfreundlichkeit und Lebensdauer [16]. Beispielsweise stehen extrem wassersparende Waschmaschinen im Zielkonflikt mit einem mÇglichst weitgehenden AusspÅlen von Waschmittelresten aus der W-
sche (auf die Frage, inwieweit WaschmittelrÅckstnde nach dem Waschen auf den Textilien verbleiben kÇnnen, wird in Kapitel 8.5 nher eingegangen).

Seit einiger Zeit wird auf europischer Ebene (EU Kommission, Rat und Parlament) das Energy Label fÅr Haushaltsgroßgerte grundlegend Åberarbeitet. Das neue Label soll voraussichtlich ab 2011 in Kraft treten. Bezogen auf Waschmaschinen wird sich voraussichtlich Folgendes ndern:

26

1 Partner beim Waschprozess

Abb. 1.26

Energielabel bei Waschmaschinen.

x Zu dem bisherigen Label werden drei neue Klassen A+, A++ und A+++ hinzu-gefÅgt.

x Das Layout wird lnderÅbergreifend angepasst.

x Die maximale Anzahl der Effizienzklassen ist auf 7 begrenzt.

x Die Farbskala bleibt wie bei der bisherigen Klassifizierung von dunkelgrÅn (bisher A) bis rot (bisher G) und wandert mit.

x Die Daten und Klassen auf dem Label beziehen sich nicht mehr nur auf ein Standard-Waschprogramm, sondern es wird ein gewichteter Mittelwert aus mehreren Programmen gebildet.

x Die Energieklassen werden nicht mehr nach dem Energieverbrauch pro Kilogramm FassungsvermÇgen eingeteilt, sondern nach einer komplexen Formel als „Energy Efficiency Index (EEI)“ berechnet, wobei auch der Standby-Verbrauch mit einbezogen wird.

1.5 Waschmaschinen

27

Insgesamt soll durch die Neuregelung die Transparenz der Verbraucherinformation bezÅglich der Vergleichbarkeit von Waschleistung und Ressourcenverbrauch von Waschmaschinen verbessert werden und sollen Anreize fÅr die Hersteller zur Weiterentwicklung ressourcenschonender Waschmaschinen geschaffen werden.

BerÅcksichtigt werden muss, dass sich aufgrund einer mittleren Lebensdauer der Waschmaschinen von etwa 12 Jahren Innovationen erst mit lngerer VerzÇgerung am Markt durchsetzen. Gerte, die lter als zehn Jahre sind, verbrauchen mitunter ein Vielfaches an Wasser und Strom und bieten darÅber hinaus nicht immer die MÇglichkeiten einer hohen Schleuderdrehzahl, was insbesondere beim Einsatz eines Wschetrockners Grundvoraussetzung sein sollte. Allerdings gibt es auch hier deutliche Unterschiede zwischen den verschiedenen Waschma-schinentypen. Wann aus Çkonomischer oder Çkologischer Sicht ein Austausch eines Altgertes gegen ein Neugert sinnvoll ist, muss im Einzelfall entschieden werden [17].

Wschetrockner

Der elektrische Wschetrockner hat sich in Deutschland in den Haushalten mit grÇßerem Wscheanfall als unverzichtbares Gert zur schnellen und vor allem disponierbaren Nachbehandlung der Wsche heute fest etabliert. So nennen im Jahr 2008 43 % aller deutschen Haushalte [10] ein solches Gert ihr Eigen, mit deutlich hÇheren Anteilen bei 3- und Mehr-Personenhaushalten. Prinzipiell gibt es bei Wschetrocknern mehrere Bauarten, die sich entweder in ihrem Hei-zungsprinzip, ihrem Funktionsprinzip bezÅglich der Behandlung der feuchten Luft oder ihrer Steuerung unterscheiden.

Am hufigsten findet man den Wschetrockner mit elektrischer Beheizung.

Hier wird Åber ein Heizelement die Luft erwrmt, die dann beim Durchstreichen der feuchten Wsche die Feuchtigkeit aus ihr aufnimmt. Als Alternative dazu gibt es gasbeheizte Ablufttrockner und Wrmepumpen-Wschetrockner. Letztere arbeiten nach folgendem Prinzip: Die beim Kondensieren der Feuchtigkeit aus der mit Wasserdampf gesttigten Prozessluft freiwerdende Wrmemenge wird der entfeuchteten Luft vor Eintritt in die Wschetrommel teilweise wieder zugefÅhrt, so dass die zustrÇmende Luft dabei vorgewrmt wird. Wrmepumpen-Trockner kommen dadurch mit deutlich weniger Energie aus im Vergleich zu den klassischen elektrisch beheizten Wschetrocknern, dafÅr liegen die Anschaf-fungskosten hÇher.

Nachdem die Trockenluft die Feuchtigkeit aus der Wsche aufgenommen hat, kann sie entweder direkt Åber eine Abluftleitung ins Freie geleitet werden (Ablufttrockner), oder es wird die Feuchtigkeit im Wschetrockner selbst auskonden-siert und die so getrocknete Luft im Kreislauf gefÅhrt (Kondensationstrockner) (Abb. 1.27). Die zur Kondensation notwendige KÅhlluft wird dabei aufgeheizt und kann zur Erwrmung z. B. im Badezimmer genutzt werden. Außerdem ist das kondensierte Wasser gut geeignet zum BÅgeln oder Blumengießen. Dem gegenÅber entzieht der Ablufttrockner dem Aufstellraum die Luft, die, je nach Jahreszeit, durch mehr oder weniger kalte Luft ersetzt wird, die anschließend aufgeheizt werden muss.

28

1 Partner beim Waschprozess

Abb. 1.27

Funktionaler Aufbau von Wschetrocknern (Quelle: Miele).

Je nach Art der Textilien und ihrer Weiterbehandlung wird man unterschiedliche Feuchtigkeiten am Ende des Trockenprozesses wÅnschen. Wsche die noch gebÅgelt werden soll, sollte feuchter sein als Wsche die direkt in den Kleider-schrank eingelagert wird. Dementsprechend sollte der Trockenprozess im W-
schetrockner so ablaufen, dass mÇglichst die gewÅnschte Trockenstufe direkt erreicht wird. Dies kann zum einen dadurch erreicht werden, dass am Wschetrockner eine feste Trockenzeit eingestellt wird, die sich allerdings nach der Menge und Feuchtigkeit der Wsche sehr unterschiedlich darstellen kann.

Nach Ablauf dieser Zeitsteuerung wird der Verbraucher prÅfen mÅssen, ob sich die Wsche in dem gewÅnschten Trockenheitszustand befindet und ggf. noch eine Zeitverlngerung einstellen. Dieses Problem wird bei Wschetrockner mit Feuchtigkeitssteuerung elegant umgangen, denn hier messen Sensoren im Gert die Feuchtigkeit der Wsche und lassen den Trockenprozess solange laufen, bis die gewÅnschte Endfeuchte erreicht wird.

hnlich wie bei Waschmaschinen gibt es seit 1996 auch eine europaweit einheitliche Deklaration der Effizienz von Wschetrocknern nach dem Energielabel, bei dem der Energieverbrauch (bzw. Energieeffizienz), die Trocknerart (,Abluft’

oder ,Kondensation’) und ggf. die Geruschentwicklung dem Verbraucher in seiner Entscheidung helfen. Abhngig von der Art der Beheizung werden Gerte mit konventioneller elektrischer Beheizung in den Klassen B bis D zu finden sein, whrend die Energieeffizienzklasse A den Gerten mit Wrmepumpe vorbehalten bleibt. Ab 2011 wird bei Wschetrocknern voraussichtlich wie bei den Waschmaschinen eine Neufassung des Energy Labels in Kraft treten.

Der Bedarf an elektrischer Energie liegt bei Abluft- und Kondensationstrock-nern in einer vergleichbaren GrÇßenordnung von ca. 0,6 bis 0,7 kWh pro kg

1.5 Waschmaschinen

29

Abb. 1.28

Energieverbrauch Wschetrockner.

Wsche (Normprogramm), je nach Energieeffizienzklasse. Wrmepumpen-Trockner kommen mit der Hlfte an Energie aus: 0,3 bis 0,4 kWh pro kg Wsche [18].

Obwohl Wrmepumpen-Trockner im Sinne der Nachhaltigkeit die effizientesten und ressourcenschonendsten Wschetrockner sind, ist ihr Marktanteil 2009 noch sehr gering und liegt deutlich unter 5 %.

Allgemein gilt bei Wschetrocknern die Devise, dass auf eine gute Vorentwsserung der Wsche zu achten ist, denn je weniger Wasser verdampft werden muß, um so weniger Energie wird dafÅr verbraucht, unabhngig woher die Energie im Einzelfall kommt (Abb. 1.28). Eine hohe Schleuderdrehzahl der Waschmaschine (mind. 1.400 Umdrehungen pro Minute) ist aus GrÅnden des Klimaschutzes zu empfehlen.

Das Trocknen der Wsche ist zweifellos klimarelevant, wenn man berÅcksichtigt, dass der Energieaufwand zum Trocknen der Wsche erheblich hÇher ist als der Energieaufwand zum Waschen der gleichen Wschemenge – wenn
nicht im Freien oder unbeheizten Rumen getrocknet wird. BerÅcksichtigt werden muss auch, dass beim Trocknen der Wsche in der beheizten Wohnung der Energieverbrauch hnlich hoch liegt wie beim Trocknen im Wschetrockner, unter ungÅnstigen Umstnden sogar noch hÇher [18, 19].

30

1 Partner beim Waschprozess

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2.1 berblick und wirtschaftliche Bedeutung

31

2

Chemie der Tenside

2.1
berblick und wirtschaftliche Bedeutung

Dem franzÇsischen Chemiker Michel Eugne Chevreul gelang es in den Jahren 1811 bis 1823 die Struktur der Fette und le und damit auch der Seife aufzukl-
ren. Als Folge davon konnte man nun einen Zusammenhang zwischen der molekularen Struktur und Reinigungswirkung der Seife herstellen und weitere Substanzen mit hnlichen waschaktiven Eigenschaften synthetisieren. Alle diese Substanzen gehÇren zur Stoffklasse der Tenside.

Der Begriff Tensid (lat.: tensio = Spannung) wurde von GÇtte 1960 zur Bezeichnung dieser Stoffe vorgeschlagen. Er hat sich im deutschsprachigen Raum heute durchgesetzt und andere, veraltete Begriffe wie waschaktive Substanzen (WAS) verdrngt. Im anglo-amerikanischen Sprachraum verwendet man Åblicherweise den Begriff „surfactant“. Alle Tenside zeigen eine typische Besonderheit des MolekÅlbaus. Sie bestehen aus einem hydrophoben und einem hydrophilen Anteil im MolekÅl. Ein solches Teilchen bezeichnet man als amphiphil (Abb. 2.1).

Tenside besitzen charakteristische Stoffeigenschaften, die sich mit den Begrif-fen Grenzflchenaktivitt und Waschaktivitt beschreiben lassen. Diese Thematik erlutert Kapitel 3. Im nun folgenden Kapitel werden Struktur, Eigenschaften, Herstellung und wirtschaftliche Bedeutung dieser Substanzen vorgestellt. Vertiefende Informationen zur Synthese von Tensiden finden sich in Anhang 1.

In der Literatur ist oft eine getrennte Beschreibung von Seife und synthetischen Tensiden Åblich. Diese begriffliche Trennung ist fachlich gesehen nicht korrekt, denn Seife ist als klassisches Tensid zu bezeichnen. Die Bezeichnungen Abb. 2.1

Schematischer Aufbau von Tensiden.

Waschmittel. GÅnter Wagner

Copyright c 2010 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

ISBN: 978-3-527-32678-5

32

2 Chemie der Tenside
synthetisch und natÅrlich eignen sich auch nicht zur Unterscheidung, denn Seife muss erst aus natÅrlichen Rohstoffen durch einen chemischen Prozess gewonnen werden. Dies gilt genauso fÅr „synthetische“ Tenside, die in steigendem Maße ebenfalls aus Fetten und len hergestellt werden. Die Sonderstellung der Seife ist durch die Jahrtausende alte Kulturgeschichte des Waschens entstanden. Auch heute noch gehÇrt die Seife zu den weltweit wichtigsten Tensiden, in Waschmitteln haben moderne Tenside aufgrund ihrer besseren Eigenschaften Seife jedoch weitgehend verdrngt.

Die Impulse zur Herstellung neuartiger Tenside gingen von der sich Mitte des 19. Jahrhunderts entwickelnden Textilindustrie aus. Die Industrialisierung der Textilverarbeitung brachte erhÇhte Anforderungen an grenzflchenaktive Substanzen mit sich. Eine Hauptforderung war dabei die Unabhngigkeit von der Wasserhrte. 1875 kamen die sogenannten TÅrkischrotÇle auf den Markt. Diese Tenside wurden durch Einwirkung von Schwefelsure auf RizinusÇl gewonnen (Abb. 2.2). TÅrkischrotÇle verwendete man in der Textilindustrie. Sie haben heute keine wirtschaftliche Bedeutung mehr.

Bereits in den Jahren 1929 bis 1935 wurden die ersten Tenside fÅr Waschmittel entwickelt, von denen einige noch heute kommerzielle Bedeutung haben. Die dominierende Stellung der modernen Tenside ist aber erst nach 1945 mit der Entwicklung elektrischer Waschmaschinen entstanden.

Jedes Tensid lsst sich schematisch als Kopf-Schwanz-Modell darstellen (s. Abb.

2.1). Der hydrophobe Rest ist bei allen Tensiden hnlich und besteht aus einem langkettigen Kohlenwasserstoffrest, manchmal in Verbindung mit einem Benzolring. Der hydrophile Anteil kann jedoch sehr unterschiedlich sein. Deshalb werden die Tenside je nach dem Charakter ihrer hydrophilen Gruppe in vier Klassen eingeteilt: anionische, kationische, nichtionische und amphotere Tenside (Abb.

2.3).

Die wirtschaftliche Bedeutung der Tenside ist enorm. Weltweit wurden 2008
etwa 19 Millionen Tonnen dieser Stoffe hergestellt, davon 8 Millionen Tonnen Seife [1].

Zu etwa 55 % werden moderne Tenside in Wasch- und Reinigungsmitteln verarbeitet. DarÅber hinaus finden Tenside außerdem mannigfaltige Verwendung in Abb. 2.2

TÅrkischrotÇl (sulfatiertes RizinusÇl).

2.1 berblick und wirtschaftliche Bedeutung

33

Abb. 2.3

Tensidklassen.

Abb. 2.4

Tensidverbrauch weltweit 2008 (ohne Seifen).

sehr vielen Bereichen von Industrie, Technik und Kosmetika. Sie dienen dort als Reinigungs- und Entfettungsmittel, Emulgatoren, als Hilfsmittel in der Textil-, Leder- und Papierverarbeitung, erleichtern die Aufarbeitung von Erzen und RohÇl und vieles andere mehr (Abb. 2.4).

34

2 Chemie der Tenside

Abb. 2.5

Tensidverbrauch in der Bundesrepublik Deutschland 1960 bis 2008 (ohne Seifen).

In den letzten zehn Jahren ist in der Bundesrepublik Deutschland der jhrliche Gesamtverbrauch von Tensiden annhernd konstant geblieben. Der gestiegene Verbrauch im Jahre 1990 ist auf die Wiedervereinigung zurÅckzufÅhren und bezieht die neuen Bundeslnder mit ein (Abb. 2.5).

Etwa 46 % des gesamten Tensidverbrauchs entfielen 2008 in der Bundesrepublik Deutschland auf Wasch- und Reinigungsmittel [1]. Neben der Herstellung von Shampoos und Kosmetika stellt die Herstellung von technischen Produkten fÅr die Industrie wichtige Anwendungen von Tensiden dar. Im Gegensatz zu industriellen Produkten, wo eine Vielzahl unterschiedlicher Tenside eingesetzt werden, dominieren in Haushaltswasch- und Reinigungsmitteln drei wichtige Tensidgruppen: (LAS, FAES, FAEO). Sie machten 2008 fast 70 % der gesamten jhrlichen Tensidmenge in Wasch- und Reinigungsmitteln in der Bundesrepublik aus (Abb. 2.6).

Die Auswahl der Tenside, die in Wasch- und Reinigungsmitteln Verwendung finden, hngt einerseits von technologischen, anwendungstechnischen und Çkologischen Erfordernissen ab, andererseits aber auch von der Entwicklung der Rohstoffpreise. Tenside in den wirtschaftlich erforderlichen GrÇßenordnungen herzustellen, ist nur mÇglich, wenn Rohstoffe in ausreichender Menge, jederzeit und zu einem gÅnstigen Preis zur VerfÅgung stehen. Diese Forderungen erfÅllen die zwei wichtigsten Rohstoffquellen fÅr Tenside, die natÅrlichen Fette und le sowie die ErdÇlprodukte. Zustzlich zu den eigentlichen Rohstoffen werden je nach Syntheseweg noch weitere Grundchemikalien wie Schwefelsure, Natronlauge und Chlor benÇtigt. Seit einigen Jahren haben auch Kohlenhydrattenside, auch Tenside aus Zucker genannt, Bedeutung erlangt. Sie sind heutzutage groß-

2.1 berblick und wirtschaftliche Bedeutung

35

Abb. 2.6

Tenside in Wasch- und Reinigungsmitteln nach Substanzklassen in Deutschland 2008.

technisch produzierbar, mit dem Effekt, dass der Preis deutlich gesunken ist. Aufgrund der eingesetzten Rohstoffe und vor allem wegen der aufwendigeren Synthese sind sie dennoch deutlich teurer als die anderen drei genannten wichtigen Basistenside. Nach dem Syntheseweg lassen sich drei Gruppen von Tensiden unterscheiden (Abb. 2.7):

x Ausschließlich aus natÅrlichen Fetten und len hergestellte Tenside, z. B. Seifen, Alkylpolyglucoside;
x Ausschließlich aus petrochemischen Grundstoffen erzeugte Tenside, z. B. lineare Alkylbenzolsulfonate;
x Gemischte Produkte, z. B. Fettalkoholethoxylate.

Die fÅr die Herstellung von Tensiden besonders wichtigen Fettalkohole lassen sich sowohl aus fettchemischen als auch aus petrochemischen Rohstoffen herstellen. Je nach dem Herstellungsverfahren wird das Tensid dann der jeweiligen aufgefÅhrten Gruppe zuzuordnen sein (s. Anhang 1).

36

2 Chemie der Tenside

Abb. 2.7

Fließschema zur Herstellung wichtiger anionischer und nichtionischer Tenside.

Abb. 2.8

Wichtige anionische Tenside im berblick.

2.2 Anionische Tenside

37

2.2

Anionische Tenside

Bei den anionischen Tensiden ist der hydrophobe Kohlenwasserstoffrest mit einer hydrophilen negativ geladenen Gruppe verbunden. Die wichtigsten hydrophilen Gruppen sind (Abb. 2.8):

x Carboxylat-Anion (–COO–),
x Sulfonat-Anion (–SO –

3 ),
x Sulfat-Anion (–O-SO –

3 ).

Die Aniontenside werden Åberwiegend als preiswerte Natriumsalze hergestellt, doch finden auch Kalium (K+), Ammonium (NH +

4 ) und Triethanolammonium

((CH2CH2OH)3NH+) als Kationen Verwendung. Whrend die Ammonium- bzw.

Ethanolammoniumsalze der Aniontenside eine wesentlich bessere WasserlÇslichkeit als die Natriumsalze besitzen, ist jedoch ihre chemische Stabilitt in Formulierungen nicht so ausgeprgt. Auch die biologische Abbaubarkeit dieser Tensid-typen ist im Vergleich zu den entsprechenden Natrium- und Kaliumsalzen schlechter.

2.2.1

Seife

Die Seife kann als das lteste Waschmittel, sozusagen als Ursubstanz im Waschprozess, angesehen werden. Es begleitet die Menschheitsgeschichte schon seit mindestens 4.500 Jahren. Schriftlich erwhnt wurde die Seife zum ersten Mal von den Sumerern ca. 2.500 v. Chr. auf Keilschrifttafeln (s. Abb. 8.2). Die Seife gehÇrt damit zu den ltesten Gebrauchschemikalien der Menschheit.

Als Seife bezeichnet man die Gemische in Wasser lÇslicher Alkalisalze hÇherer Fettsuren (C10 bis C22). Die festen Natriumsalze werden als Kernseifen, die halb-festen, weicheren Kaliumsalze als Kali- oder Schmierseifen bezeichnet.

Wesentliche Bestandteile der meisten Seifen (Kernseifen) sind beispielsweise Natriumlaurinat oder Natriumstearat. Sie kÇnnen als typische Beispiele dienen, wenn man Seife formelmßig darstellen will (Abb. 2.9). Die genaue chemische Zusammensetzung der Seifen hngt von den fÅr die Herstellung der Seife verwendeten Fetten und len ab. Weitere Informationen zur Synthese von Seifen sind im Anhang 1 zu finden.

Mit einer Produktion von jhrlich fast 8 Millionen Tonnen weltweit ist Seife das in den grÇßten Mengen hergestellte Tensid Åberhaupt. In Deutschland werden jhrlich etwas mehr als 120.000 Tonnen Seife verbraucht. Der Verbrauch ist seit vielen Jahren konstant geblieben.

Abb. 2.9

Typisches Beispiel fÅr Seife.

38

2 Chemie der Tenside

Seife dient heute zum großen Teil als KÇrperpflegemittel und zur Reinigung im Haushalt (vorwiegend als Kaliseifen). In Waschmitteln wurde Seife zumindest in den Industrielndern weitgehend durch moderne Tenside ersetzt, da sie in hartem Wasser schwerlÇsliche Kalkseifen bildet, die sich auf Textilien und Wasch-einrichtungen als schmieriger Film ablagern. In vielen Lndern der dritten Welt wird aber auch heute noch die Wsche mit Seife gewaschen.

Ihre besondere Bedeutung hat die Seife durch ihre wohl wichtigsten Eigenschaften, die Grenzflchen- und Waschaktivitt, erlangt. In Kapitel 3 werden die genannten Eigenschaften ausfÅhrlich erlutert. In diesem Kapitel werden die klassischen Eigenschaften LÇslichkeit, Leitfhigkeit und Protolyse behandelt.

LÇslichkeit von Seife

Seifen sind in verschiedenen LÇsungsmitteln lÇslich. Trotz des langkettigen hydrophoben Restes ist die LÇslichkeit in Wasser und kurzkettigen Alkoholen (Methanol, Ethanol) signifikant besser als in unpolaren organischen LÇsungsmitteln, z. B. Benzin. Erwartungsgemß nimmt die LÇslichkeit in Wasser mit zunehmender Kettenlnge des Kohlenwasserstoffrestes ab und mit steigender Temperatur zu. Die LÇslichkeit betrgt bei typischen Kettenlngen (C14 bis C18) ca. 1–3 g/L

(c = 5 mmol/L). Die Kaliumsalze der Fettsuren (Schmierseifen) zeigen eine wesentlich bessere LÇslichkeit als die entsprechenden Natriumsalze.

Zwischen einer alkoholischen und einer wssrigen SeifenlÇsung besteht ein prinzipieller Unterschied, der schon mit dem bloßen Auge sichtbar ist. Wssrige SeifenlÇsungen wirken immer schwach trÅbe, alkoholische LÇsungen erscheinen klar. Viel deutlicher wird dieser Effekt beim seitlichen Durchstrahlen der LÇsung mit einer hellen zentrierten Lichtquelle. In der wssrigen LÇsung wird das Licht gestreut. Der Weg des Lichtes durch die LÇsung kann gut verfolgt werden (Abb.

2.10). Man spricht in diesem Fall vom Tyndall-Effekt. Eine alkoholische SeifenlÇ-
sung zeigt diesen Effekt nicht.

In wssriger LÇsung lagern sich SeifenmolekÅle zu Micellen (s. Kap. 3.2.2) zusammen. Micellen sind Assoziationen von 50–100 SeifenmolekÅlen, die durch Abb. 2.10

Tyndall-Effekt von Seife.

2.2 Anionische Tenside

39
die Van-der-Waals-Krfte des hydrophoben Anteils zusammengehalten werden.

An diesen Teilchenverbnden kann das Licht gestreut werden. Aufgrund der gro-
ßen Teilchendurchmesser handelt es sich um eine kolloidale LÇsung.

Eine alkoholische LÇsung zeigt keine TrÅbung bei seitlicher Lichtdurchstrah-lung – ein Beweis, dass es sich um eine echte LÇsung ohne Teilchenassoziationen handelt.

Leitfhigkeit von SeifenlÇsungen

Wssrige SeifenlÇsungen leiten den elektrischen Strom, wenn auch aufgrund der niedrigen Ionenkonzentration nur in geringem Maße. Vergleichbar leitfhig sind auch alkoholische SeifenlÇsungen – ein Beweis, dass es auch hier zur lonenbil-dung kommt. In anderen organischen LÇsungsmitteln ist keine Leitfhigkeit messbar.

Protolyse von Seifenanionen

Nach dem Massenwirkungsgesetz bestimmt der KS-Wert die Strke einer Sure.

Der KS-Wert ist fÅr alle typischen Fettsuren hnlich, da sie nur geringe Struk-turunterschiede zeigen, und betrgt K z
z

S

1,4 . 10–5 mol/L (pKS

4,85). Die
freien Fettsuren sind in Wasser schwerlÇslich, sie zeigen keine nennenswerte Protolyse. Ein KS-Wert ist deshalb fÅr die freien Suren nur eine RechengrÇße.

Anders liegen die Verhltnisse, wenn man vom Sureanion ausgeht, das wesentlich besser wasserlÇslich ist und auch eine Protolyse zeigt (Abb. 2.11).

Eine SeifenlÇsung reagiert also alkalisch. Der pH-Wert ist dabei konzentrations-abhngig. Im Falle einer gesttigten LÇsung (ca. 5 mmol/L) liegt der pH-Wert bei etwa 10.

Suert man eine SeifenlÇsung an, so reagieren die Seifenanionen mit den Pro-tonen und es bilden sich die freien, wasserunlÇslichen Fettsuren. Diese sammeln sich in Form weißer Flocken an der Oberflche der LÇsung an. Die Seife verliert ihre typischen Eigenschaften und ihre Waschaktivitt. Abbildung 2.12
zeigt wichtige chemische Rektionen der Seife im berblick.

Bildung von Kalkseife

Von besonderer Bedeutung ist die Reaktion von Seife mit Erdalkali-Ionen, die z. B. als Wasserhrtebildner in natÅrlichem Wasser vorkommen. In Gegenwart von Calcium- oder Magnesiumsalzen bildet Seife mit diesen Ionen schwerlÇsliche Salze, die Kalkseife bzw. Magnesiumseife (Abb. 2.12). Die Seife verliert dabei ihr WaschvermÇgen. Kalkseife kann sich z. B. auf der Wsche niederschlagen und dort unangenehm bemerkbar machen (Geruchsbildung, Vergrauungseffekte).

Diese Reaktion ist ußerst unerwÅnscht, da Erdalkali-Ionen als Hrtebildner in Abb. 2.11

Protolyse von Seifenanionen.

40

2 Chemie der Tenside

Abb. 2.12

Synthese von Seife und wichtige Reaktionen der Seife am Beispiel der Palmitinsure im berblick.

wssriger LÇsung praktisch immer vorhanden sind. Die Bildung von Kalkseife schrnkt das Anwendungsspektrum der Seife stark ein und ist der Grund, warum weitgehend wasserhrteunempfindliche Tenside die Seife in vielen Bereichen ersetzt haben.

2.2.2

Alkylbenzolsulfonate (TPS, LAS)

Die Alkylbenzolsulfonate stellen die wirtschaftlich bedeutendste Tensidklasse dar.

Bis Mitte der sechziger Jahre stand in der Gruppe der Alkylbenzolsulfonate das Tetrapropylenbenzolsulfonat (TPS) im Vordergrund, das in den fÅnfziger Jahren in Wasch- und ReinigungsmitteIn die Seife als waschaktive Substanz weitgehend verdrngt hatte (Abb. 2.13).

Entwickelt wurde TPS als erstes technisch wichtiges Tensid auf rein petrochemischer Basis, weil im Anschluss an den 2. Weltkrieg große Anlagen zur Produktion verzweigter Alkane zur VerfÅgung standen, die nun nicht mehr ausgelastet waren. Die verzweigten Alkane wurden durch Oligomerisierung aus Propylen hergestellt und zur Produktion von hochwertigem Benzin benÇtigt. Propylen reagiert unter Druck bei 200–240 hC in Gegenwart von Katalysatoren zu Tetrapropylen, dem Ausgangsstoff fÅr TPS.

TPS besaß gute technologische und anwendungstechnische Eigenschaften und ließ sich preisgÅnstig herstellen, hatte aber einen großen Nachteil: Eine vÇllig unzureichende biologische Abbaubarkeit. Große Schaumberge auf FlÅssen und Seen waren die Konsequenzen der schlechten Abbaubarkeit. In Deutschland

2.2 Anionische Tenside

41

Abb. 2.13

Tetrapropylenbenzolsulfonat (TPS).

wurde es daher bereits wenige Jahre nach der MarkteinfÅhrung im Zeitraum von 1961 bis 1964 durch die biologisch wesentlich besser abbaubaren linearen Alkylbenzolsulfonate (LAS) ersetzt. In den Industrielndern besitzt TPS heute keine wirtschaftliche Bedeutung mehr. Da TPS ein sehr gutes KristallisationsvermÇgen besitzt, ist es gut geeignet, mit einfachen Mitteln billige Waschpulver herzustellen. Aus diesem Grunde wurden in den Entwicklungslndern 2008 weltweit noch 200.000 Tonnen TPS verbraucht, ein Teil davon auch in Waschmitteln.

Die Produktion von TPS ist weltweit stark rÅcklufig.

Die linearen Alkylbenzolsulfonate unterscheiden sich vom Tetrapropylenbenzolsulfonat durch einen unverzweigten Alkylrest. Obwohl LAS ein Stoffgemisch ist, also aus mehreren Substanzen besteht, hat sich als AbkÅrzung die Bezeichnung „das LAS“ und nicht „die LAS“ durchgesetzt. Weltweit wurden 2008 ca. 4

Millionen Tonnen lineare Alkylbenzolsulfonate (LAS) hergestellt. Zur Synthese von LAS werden als Ausgangssubstanzen unverzweigte Alkane, Benzol, Chlor, Schwefeltrioxid und Natronlauge benÇtigt (Abb. 2.14). Moderne Herstellungsverfahren verwenden anstatt von Chlor Fluorwasserstoff als Katalysator. Die genauen Reaktionsgleichungen zur Synthese von LAS sind im Anhang 1 beschrieben.

Lineare Alkylbenzolsulfonate sind grenzflchenaktiv ab einer Kettenlnge von C8 im Alkylrest. Technisch von Bedeutung sind Kettenlngen von C10 bis C13. Alkylbenzolsulfonate stellen immer ein Isomeren- und Homologengemisch dar. In Waschmitteln findet das Natriumsalz von LAS mit einer durchschnittlichen Kettenlnge von C11,6 Verwendung. Es besteht aus C10-, C11-, C12- und C13-Alkylbenzolsulfonaten in unterschiedlichen Mengenanteilen und unterschiedlicher Stellung des Benzolringes an der Alkylkette.

Abb. 2.14

Fließschema zur Herstellung von linearen Alkylbenzolsulfonaten.

42

2 Chemie der Tenside

Abb. 2.15

Hrtempfindlichkeit ausgewhlter Tenside.

LAS kommt sowohl als Sure in Reinform als auch als wssrige Na-SalzlÇsung in den Handel. Es enthlt etwa 1 % unsulfonierte Anteile (NeutralÇle), bestehend aus nicht umgesetztem Alkylbenzol, Dialkyltetralin und anderem. Reines Na-LAS
ist ein weißes bis gelbliches Pulver, in 50 bis 75%iger wssriger Konzentration erhlt man eine zhfließende Paste.

LAS ist aufgrund seines geringen Preises und seiner gÅnstigen technologischen Eigenschaften zum wichtigsten Waschmitteltensid geworden. Es zeigt ein gutes Schaumverhalten bei allen Temperaturen und eine hinreichende KaltwasserlÇslichkeit. In Waschmitteln wird es wegen des starken SchaumvermÇgens grundstzlich in Verbindung mit Schaumregulatoren, z. B. Seife, eingesetzt. LAS
zeigt hnlich wie Seife eine ausgeprgte Hrteempfindlichkeit (Abb. 2.15).

2.2.3

Alkansulfonate (SAS)

Alkansulfonate lassen sich in primre und sekundre Alkansulfonate unterteilen, wobei nur die sekundren Alkansulfonate (SAS) technisch von Bedeutung sind: x primre Alkansulfonate

CH

–

3 –(CH2)n–SO3 Na+;

2.2 Anionische Tenside

43
x sekundre Alkansulfonate

CH3–(CH2)n–CH–(CH2)m–CH3

|

SO –

3 Na+.

Primre Alkansulfonate spielen als Waschmitteltenside keine Rolle, weil sie schlecht wasserlÇslich sowie stark wasserhrteempfindlich sind und keine gute Waschaktivitt besitzen. Die sekundren Alkansulfonate kommen in ihren Eigenschaften dem LAS am nchsten, sind jedoch im Gegensatz zu LAS aufgrund ihrer hygroskopischen Eigenschaften zur Herstellung von Waschpulvern wenig geeignet. Man verwendet sie in flÅssigen Waschmitteln.

2.2.4

Fettalkoholsulfate (FAS)

Als Fettalkoholsulfate bezeichnet man die Salze der Schwefelsureester von Fettalkoholen. Fettalkohole sind einwertige, primre Alkohole (AIkanole) mit einer Kohlenstoffkette von 8 bis 16 Kohlenstoffatomen:

CH3–(CH2)n–CH2–OH

Je nach Art der Herstellung (s. Anhang 1) erhlt man geradkettige oder verzweigte Alkohole. Der Begriff Fettalkohol wird hier als Oberbegriff fÅr langkettige Alkanole verwendet, unabhngig von der Art der Herstellung. Der Begriff bezieht sich dabei auf die fetthnliche, langkettige Struktur der Fettalkohole und nicht auf die Art der Herstellung oder die zur Herstellung verwendeten Rohstoffe.

Im fertigen Produkt, z. B. Waschmittel, ist die Herkunft der Fettalkoholsulfate

– petrochemisch oder aus nachwachsenden Rohstoffen oder eine Mischung aus beiden – hufig nicht mehr zu ermitteln. Fettalkohole haben in der chemischen Industrie eine enorme Bedeutung. Sie dienen als Rohstoffe zur Herstellung einer ganzen Produktpalette, darunter wichtige anionische, nichtionische und kationische Tenside. Im Anhang 1 werden die verschiedenen Methoden zur Herstellung von Fettalkoholen beschrieben.

Fettalkoholsulfate (FAS) sind gut wasserlÇslich, mßig hrteempfindlich und lassen sich gut aus LÇsungen auskristallisieren. Wie alle Ester sind auch Fettalkoholsulfate in gewissem Maße hydrolyseempfindlich, im sauren Milieu deutlich strker als im alkalischen. Unter Waschbedingungen sind sie bis 95 hC ausreichend bestndig. Die technisch wichtigsten Fettalkoholsulfate leiten sich vom Lauryl- und Myristylalkohol ab (C12H25OH bzw. C14H29OH). Da die LÇslichkeit mit erhÇhter Temperatur stark zunimmt, eignen sich die langkettigen FAS-Typen (C16 bis C18) sehr gut zum Waschen bei hÇheren Temperaturen. Alle Fettalkoholsulfate haben gute Schaum- und Dispergiereigenschaften. Weltweit wurden 2008 ca. 450.000 Tonnen Fettalkoholsulfate verbraucht.

44

2 Chemie der Tenside

2.2.5

Fettalkoholethersulfate (FAES)

Die Fettalkoholethersulfate sind eng mit den Fettalkoholsulfaten verwandt, haben aber eine bessere LÇslichkeit und bessere Hautvertrglichkeit. Weiterhin sind sie wesentlich unempfindlicher gegenÅber Erdalkali-Ionen als die Fettalkoholsulfate.

Die bessere Hautvertrglichkeit und das starke Schumen bei hÇheren Temperaturen fÅhren dazu, dass sie bevorzugt in Feinwaschmitteln sowie HandgeschirrspÅlmitteln Verwendung finden. Besonders gut geeignet sind sie fÅr Schaumbder und Shampoos, wo starkes Schumen und gute Hautvertrglichkeit er-wÅnscht sind. In den letzten Jahren hat die Verwendung von FAES in FlÅssigwaschmitteln stark zugenommen.

2.3

Nichtionische Tenside

Im Gegensatz zu den ionischen Tensiden bilden die nichtionischen Tenside (ab-gekÅrzt: Niotenside) in wssriger LÇsung keine hydratisierten Ionen. Der hydrophile Anteil der Niotenside besteht aus stark polaren chemischen Bindungen, der hydrophobe Anteil wie bei den anderen Tensidgruppen aus einem langkettigen Kohlenwasserstoffrest. Die wichtigsten hydrophilen Baugruppen bei Niotensiden sind Ethergruppen und Hydroxylgruppen, einzeln oder in Kombination miteinander. Da eine polare chemische Bindung eine wesentlich geringere hydrophile Potenz besitzt als eine ionische Gruppe, ist immer eine grÇßere Anzahl polarer Gruppen notwendig, um ein ausgewogenes Verhltnis von hydrophiler und hydrophober Gruppe im MolekÅl zu gewhrleisten (Abb. 2.16). Niotenside haben daher immer einen sehr voluminÇsen hydrophilen MolekÅlteil.

Nichtionische Tenside zeigen einige Besonderheiten gegenÅber ionischen Tensiden:

x Beim SchmutzablÇsevorgang fehlen elektrostatische Wechselwirkungen mit dem Schmutz und der Textilfaser.

x Durch gezielte Synthese kÇnnen die waschaktiven Eigenschaften stufenweise verndert werden.

x Bestimmte Niotenside zeigen eine LÇslichkeitsanomalie, eine zurÅckgehende LÇslichkeit mit steigender Temperatur.

Die wirtschaftlich bedeutendsten Niotenside sind die Fettalkoholethoxylate (Abb.

2.17).

2.3 Nichtionische Tenside

45

Abb. 2.16

Zunehmende Hydrophilie von Niotensiden mit wachsender Anzahl der Ethylenoxideinheiten.

Abb. 2.17

Wichtige nichtionische Tenside in Wasch- und Reinigungsmitteln.

46

2 Chemie der Tenside

2.3.1

Fettalkoholethoxylate (FAEO)

Die Bezeichnung dieser Substanzklasse ist in der Literatur nicht einheitlich geregelt. Gebruchlich sind neben dem Begriff Fettalkoholethoxylate auch „Fettalkoholpolyglykolether“ oder „Fettalkoholoxethylate“. In diesem Buch wird der Begriff Fettalkoholethoxylat (FAEO) verwendet.

Durch geeignete Syntheseverfahren lsst sich die Kettenlnge des hydrophilen Teils, der Ethylenoxideinheit, genau festlegen. Daher lassen sich die Tensideigenschaften der Fettalkoholethoxylate den technologischen Anforderungen in weiten Bereichen anpassen. 2008 wurden weltweit 1.300.000 Tonnen dieser Substanzen verbraucht.

Das WaschvermÇgen der Fettalkoholethoxylate durchluft mit steigender Etherkette ein Optimum. Bei einem hydrophoben Anteil von einer C14-Kette sinkt das WaschvermÇgen oberhalb 10 Ethylenoxideinheiten stark ab (Abb. 2.18). Wird der hydrophobe Rest vergrÇßert, so verschiebt sich auch der optimale Ethoxylierungsgrad zu hÇheren Werten. Bei einer C18-Kohlenstoffkette kann der Ethoxylierungsgrad bis zu 30 Ethylenoxideinheiten betragen. Produkte dieser Art werden aufgrund ihrer Eigenschaften als Dispergiermittel eingesetzt.

Eine weitere wichtige Besonderheit der Niotenside ist eine abnehmende LÇslichkeit mit steigender Temperatur. Die LÇslichkeit nimmt dabei nicht stetig ab, sondern oberhalb einer bestimmten kritischen Temperatur – dem TrÅbungspunkt

– kommt es zur Entmischung von Tensid und wssriger Phase. Die Ursache hierfÅr liegt in der voluminÇsen hydrophilen Gruppe der Fettalkoholethoxylate. Die WasserlÇslichkeit wird erreicht durch die Hydratisierung der Ethergruppen Abb. 2.18

WaschvermÇgen und TrÅbungspunkt der C14-Fettalkoholethoxylate
in Abhngigkeit von der Anzahl der Ethylenoxideinheiten (EO-Einheiten).

2.3 Nichtionische Tenside

47

Åber schwache WasserstoffbrÅcken. Aufgrund der abnehmenden Ordnung durch zunehmende thermische Bewegung der WassermolekÅle nimmt der Hydratisie-rungsgrad mit steigender Temperatur ab; die LÇslichkeit geht zurÅck, bis sie oberhalb des TrÅbungspunktes zur Entmischung fÅhrt.

Grundstzlich erzielt man die besten Waschergebnisse bei Temperaturen, die in der Nhe des TrÅbungspunktes liegen. In diesem Bereich zeigen die Produkte auch die beste Netzwirkung an Oberflchen und Geweben. Die Anwendungstem-peratur ist daher die entscheidende GrÇße fÅr die Auswahl der Tenside. Durch gezielte Steuerung des Ethoxylierungsgrades ist es mÇglich, maßgeschneiderte Fettalkoholethoxylate fÅr die gewÅnschten Anwendungsgebiete zu synthetisieren (s. Anhang 1). Zu beachten ist, dass sich der TrÅbungspunkt durch Zugabe von anionischen Tensiden nach oben verschiebt. Niotenside zeigen wichtige Vorteile gegenÅber anionischen Tensiden:

x Absolute Hrteunempfindlichkeit;
x Sehr gute Wasch- und Entfettungswirkung bei niedriger Temperatur;
x Schaumarme Tenside;
x Niedrige kritische Micellbildungskonzentration, dadurch ist eine niedrigere Dosierung mÇglich;
x Gute Vergrauungsinhibierung bei Synthesefasern.

Eine Kombination von anionischen mit nichtionischen Tensiden ist in den meisten modernen Wasch- und Reinigungsmitteln zu finden. Die Vorteile der einzelnen Tenside kÇnnen sich so optimal ergnzen. In den letzten Jahren ist eine starke Zunahme des Einsatzes von Niotensiden zu beobachten. Ein Grund hierfÅr ist Trend zum Waschen bei niedrigen Temperaturen, ein anderer der verstrkte Einsatz von maschinellen Wasch- und Reinigungssystemen. In letzteren werden Niotenside aufgrund ihrer relativen Schaumarmut und der besseren Entfettungswirkung bevorzugt.

2.3.2

Tenside auf Zuckerbasis

Mono- und Polysaccharide, gewonnen aus nachwachsenden Rohstoffen, gehÇren zu den Produkten, die als Ausgangsmaterial fÅr Tenside an Bedeutung gewonnen haben. Tenside auf Zuckerbasis sind schon lange bekannt und wurden frÅher Åberwiegend im Bereich spezieller technischer Reinigungsmittel als Emulgatoren eingesetzt. Der großtechnische Einsatz von Zuckertensiden im Bereich der Wasch- und Reinigungsmittel als Co-Tenside ist eine relativ neue Entwicklung.

Die fÅr Waschmittel weitaus wichtigsten Zuckertenside sind die Alkylpolyglucoside (APG). hnlich wie die Fettalkoholethoxylate gehÇren auch die Alkylpolyglucoside zu den nichtionischen Tensiden.

Als Glucoside bezeichnet man Ether von Glucose mit einem an dem Zucker gebundenen Rest, dem Aglykon. Bei den Alkylpolyglucosiden ist dies ein langkettiger Alkylrest. Handelt es sich nicht um Glucose, sondern ganz allgemein um einen beliebigen Zucker, so spricht man als Oberbegriff von Glycosiden. Auf-

48

2 Chemie der Tenside
grund der relativ geringen Kettenlnge des Zuckerrestes von maximal sechs Glucoseeinheiten sollte eigentlich besser von Alkyloligoglucosiden gesprochen werden, allerdings hat sich dieser Begriff in der Fachwelt nicht durchgesetzt.

Die Ausgangsprodukte zur Herstellung von AIkylpolyglucosiden sind Kartof-feln, Mais, Zuckerrohr oder ZuckerrÅbe als Glucoselieferanten und KokosÇl oder PalmkernÇl. Kokos- bzw. PalmkernÇl wird zu den entsprechenden Fettalkoholen reduziert, Glucose und Fettalkohole reagieren miteinander unter dem katalytischen Einfluss einer Sure zu Alkylpolyglucosiden (Abb. 2.19). Die Synthese wird im Anhang 1 im Einzelnen beschrieben.

Obgleich Alkylpolyglucoside seit lngerer Zeit bekannt sind, war ihre kommerzielle Nutzung Åber viele Jahrzehnte unbedeutend, da keine geeigneten Synthe-semethoden zur VerfÅgung standen, die Produkte in heller Farbe zu akzeptablen Preisen herzustellen. Erst in jÅngerer Zeit sind moderne Herstellungsmethoden entwickelt worden, die sie zu einer mÇglichen Alternative zu herkÇmmlichen Tensiden werden ließen.

Alkylpolyglucoside (APG) besitzen eine Reihe positiver Eigenschaften wie z. B.

gute Elektrolytvertrglichkeit, hohes SchmutzlÇse- und SchmutztragevermÇgen sowie eine gute Vertrglichkeit mit anderen Waschmittelinhaltsstoffen. Insbesondere in Kombination mit anderen anionischen Tensiden zeigen Alkylpolyglucoside hervorragende technische Eigenschaften schon bei geringen Anwendungs-konzentrationen. Da APG außerdem stark schumen und entfetten, werden sie Åberwiegend als Co-Tensid in flÅssigen Formulierungen eingesetzt. FÅr den Einsatz in Waschpulvern sind sie hingegen weniger geeignet. berdies werden sie vollstndig aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt und weisen zustzlich gute Çkologischen Eigenschaften wie leichte biologische Abbaubarkeit bei geringer Toxizitt auf [2]. Da APG sich auch durch eine gute Hautvertrglichkeit auszeichnen, andererseits aber eine stark entfettende Wirkung zeigen, werden sie gerne in SpÅlmitteln und Shampoos als mildes Co-Tensid eingesetzt.

Abb. 2.19

Syntheseschema zur Herstellung von Alkylpolyglucosiden.

2.3 Nichtionische Tenside

49

2.3.3

Sonstige Niotenside

Fettsurealkanolamide

Fettsureethanolamide (Alkanolamide) sind keine Tenside im klassischen Sinne, da sie weder schumen noch netzen oder waschen. Dennoch verfÅgen sie Åber ein breites Anwendungsspektrum. Sie werden zur UnterstÅtzung des Dispergier-und SchmutztragevermÇgens anderer Tenside in geringen Mengen in Spezialwasch- und Reinigungsmitteln eingesetzt. Weiterhin finden sie Verwendung zur Schaumstabilisierung in amerikanischen Waschmitteln.

Weit verbreitet waren Alkanolamide in kosmetischen Prparaten, z. B. Shampoos, in Spezialreinigern, z. B. Teppichreinigern, und in HandgeschirrspÅlmitteln. Sie dienten dort zur ErhÇhung der Hautvertrglichkeit, zur Schaumstabilisierung und zur Beeinflussung der Viskositt. Aufgrund der potentiellen Gefahr der Bildung von gefhrlichen Nitrosaminen ist ihre Anwendung in den letzten Jahren stark zurÅckgegangen.

Alkylphenolethoxylate

Die nach Kriegsende entwickelten Alkylphenolethoxylate (APEO) (Abb. 2.20) stellen preiswerte Niotenside mit sehr guten technologischen Eigenschaften dar.

Da jedoch beim biologischen Abbau dieser Tenside (s. Kap. 9.4) toxische und schwer abbaubare Zwischenprodukte entstehen, ist ihre Verwendung in der EU
in abwasserrelevanten Anwendungen 2003 verboten worden. In Deutschland werden APEO’s aufgrund einer freiwilligen Verzichtserklrung der Waschmittelindustrie schon seit 1986 nicht mehr in Waschmitteln eingesetzt. Weltweit gesehen ist die wirtschaftliche Bedeutung der Alkylphenolethoxylate immer noch enorm.

Außerhalb Westeuropas, vorwiegend in Asien und Osteuropa, werden jhrlich etwa 400.000 Tonnen dieser Substanzen verwendet. Der Verbrauch in den USA ist stark zurÅckgegangen.

Von den verschiedenen mÇglichen Alkylphenolethoxylaten ist das verzweigte Nonylphenol-ethoxylat das wirtschaftlich bedeutendste. Es enthlt herstellungsbe-dingt einen verzweigten C9-Alkylrest. Der verzweigte Alkylrest ist mitverantwort-lich fÅr die ungÅnstigen Çkologischen Eigenschaften dieser Tensidgruppe.

Abb. 2.20

Alkylphenolethoxylat (APEO) (vor 1984
eingesetztes nichtionisches Tensid in Wasch- und

Reinigungsmitteln).

50

2 Chemie der Tenside

Saponine

Extrakte aus Seifenkraut wurden seit Jahrtausenden bis ins 19. Jahrhundert hinein zum Waschen und Reinigen benutzt, denn besonders die Wurzeln dieser Pflanze (Saponaria officinalis) sind reich an natÅrlichen waschaktiven Substanzen, den Saponinen. Dies sind kompliziert aufgebaute Naturstoffe mit grenzflchen-aktiven Eigenschaften (lat.: sapo = Seife). Sie bestehen immer aus einem Kohlenhydrat- und einem Nicht-Kohlenhydrat-Anteil, dem Sapogenin, die Åber Ether-brÅcken miteinander verknÅpft sind. Saponine gehÇren also zur Stoffklasse der Glykoside. Sie enthalten als Nicht-Kohlenhydrat-Anteil miteinander verknÅpfte 5- und 6-Ringe vom Typ der Triterpene oder Steroide.

Saponine sind in der Natur weitverbreitet. Sie kommen in vielen Pflanzenarten vor. In hoher Konzentration (10 bis 15 %) treten Saponine außer in den Wurzeln des Seifenkrautes u. a. in den Samen von Rosskastanien (Aesculus spec), in der Rinde des sÅdamerikanischen Seifenrindenbaumes (Quillaja saponaria) und in den NÅssen des asiatischen Waschnussbaumes (Sapindus mukorossi) auf. Jede Pflanzenart besitzt spezifische Saponine, so dass es eine schwer zu Åber-schauende Anzahl strukturell verwandter Verbindungen gibt. Abbildung 2.21
zeigt eines von rund 30 Saponinen der GewÇhnlichen Rosskastanie (Aesculus hip-pocastanum), das b-Aescin. Selten sind Saponine im Tierreich zu finden. See-sterne und Seegurken enthalten z. B. diese Verbindungen.

Abb. 2.21

Strukturformel von b-Aescin (C55H86O24).

2.4

Kationische Tenside

Bei den kationischen Tensiden ist der hydrophobe Kohlenwasserstoffrest mit einer hydrophilen, stickstoffhaltigen Gruppe verbunden, die eine positive Ladung trgt (R4N+), als Gegenion wirkt das Chlorid-lon (CI–) oder das Methylsulfat-Ion (CH

–

3OSO3 ). Da sich die kationischen Tenside von quaternren Ammoniumsalzen ableiten, werden sie oft auch als Quats oder QAV bezeichnet (Abb. 2.22).

2.4 Kationische Tenside

51

Abb. 2.22

Wichtige Kationtenside in Wasch- und Reinigungsmitteln.

Die bedeutendste Anwendung der kationischen Tenside sind Wscheweich-
spÅlmittel, die in Form einer wssrigen Dispersion auf Textilien gebracht, auf der Faser verbleiben. Da sie quasi wie Gleitmittel wirken, erhlt die Wsche einen weichen Griff.

Eine wichtige Eigenschaft bei kationischen Tensiden ist ihre Fhigkeit zur Be-legung negativ geladener Flchen. Sie kÇnnen damit die Oberflcheneigenschaften von FestkÇrpern und Textilien verndern. Die Hydrophobierung von Oberfl-

52

2 Chemie der Tenside

Abb. 2.23

Distearylammoniumchlorid (DSDMAC).

chen fÅhrt dazu, dass elektrostatische Aufladungen kompensiert werden. Dies ist von Bedeutung beim Waschen von Chemiefasern, die zur elektrostatischen Aufladung neigen, und in Bereichen der industriellen Verarbeitung, in denen elektrische Aufladungen stÇren kÇnnen. WasserlÇsliche kationische Tenside, z. B.

Benzalkoniumchlorid, haben einen ausgeprgten mikrobioziden Effekt, d. h. sie hemmen das Wachstum von Bakterien oder tÇten sie ab. Man setzt sie daher als Desinfektions- oder Konservierungsmittel ein [3].

quivalente Mischungen aus Aniontensid und Kationtensid werden an Ober-flchen praktisch nicht adsorbiert und sind auch nicht waschwirksam. Durch Reaktion zwischen Anion- und Kationtensid bilden sich neutrale Salze, die in Wasser extrem schwer lÇslich sind. In waschtechnischer Hinsicht verhalten sie sich hnlich wie eine Fettschmutzbelastung. Weitgehend vertrglich sind jedoch Mischungen aus Niotensiden und Kationtensiden. Solche Mischungen werden zum Teil in Spezialwaschmitteln mit WeichspÅleffekt verwendet.

Das wirtschaftlich bedeutendste Kationtensid war lange Zeit das Distearyldimethylammoniumchlorid (DSDMAC) (Abb. 2.23).

Wegen der unzureichenden biologischen Abbaubarkeit wurde es Anfang der neunziger Jahre in WscheweichspÅlmitteln durch andere Kationtenside mit Çkologisch gÅnstigeren Eigenschaften, die Esterquats, ersetzt. Es gibt, je nach Hersteller, verschiedene Esterquat-Typen mit unterschiedlicher chemischer Struktur. Abbildung 2.22 zeigt die drei wichtigsten Vertreter. In einigen europischen Lndern hat auch das Kationtensid DAIS (Abb. 2.22) noch eine gewisse Bedeutung mit abnehmender Tendenz. Die Synthese von Kationtensiden wird am Beispiel des wirtschaftlich bedeutendsten Kationtensids, des TEA-Esterquats, im Anhang 1 nher beschrieben.

2.5

Amphotere Tenside

Tenside, die eine negativ und eine positiv geladene Gruppe im MolekÅl enthalten, werden als amphotere Tenside bezeichnet. Die wichtigsten Vertreter sind die Al-kylbetaine, hufig kurz Betain genannt (Abb. 2.24).

Betaine lassen sich gut mit anderen Tensiden kombinieren, sind unempfindlich gegenÅber hartem Wasser, wenig toxisch und gut hautvertrglich. Aufgrund dieser Eigenschaften werden sie bevorzugt in Shampoos und GeschirrspÅlmitteln eingesetzt. Auch in Feinwaschmitteln gelangen sie hufig zur Anwendung.

Literatur

53

Abb. 2.24

Amphotere Tenside in Wasch- und Reinigungsmitteln.

Literatur

WeiterfÅhrende Literatur

1 PersÇnliche Mitteilungen, Dr. Claus-D.

Kosswig, K. und Stache, H.: Die Tenside.

Hager, Sasol AG, 2009.

Hanser Fachbuchverlag, MÅnchen 1993.

2 Hill, K.: Alkylpolyglucosides – Where

Kosswig, K.: Surfactants. In: Ullmann’s

„green“ meets performance. SFW-Journal

Encyclopedia of Industrial Chemistry.

135 (2009), H. 1–2, 6–14.

Volume A 25, VCH Verlagsgesellschaft,

3 Hauthal, H. G./Wagner, G.: Reinigungs-

Weinheim 1994.

mittel und Pflegemittel im Haushalt –

Hill, K., von Rybinski, W., Stoll, G.: Alkyl

Chemie, Anwendung, kologie und Ver-

Polyglycosides – Technology, Properties and
brauchersicherheit. Verlag fÅr chemische

Applications. Verlag VCH, Weinheim 1997.

Industrie, Aktualisierte Ausgabe,

Lange, K. R. (Hrsg.): Surfactants – A Practical

Augsburg 2007.

Handbook. Hanser Verlag, MÅnchen 1999.

3.1 Anordnung von Tensiden an Phasengrenzflchen

55

3

Eigenschaften der Tenside

3.1

Anordnung von Tensiden an Phasengrenzflchen

Alle Tenside haben eine charakteristische MolekÅlstruktur, auf die sich ihre Waschaktivitt zurÅckfÅhren lsst – einen langen hydrophoben, wasserabweisenden Kohlenwasserstoffrest und eine hydrophile, wasserliebende MolekÅlgruppe. Aus dieser besonderen Struktur resultiert die Eigenschaft der Tenside, sich bevorzugt an Grenzflchen anzureichern. Die Anordnung an Phasengrenzflchen ist fÅr Tenside energetisch gÅnstig, denn der hydrophobe und hydrophile MolekÅlteil des Tensids kann sich dort so orientieren, dass molekulare Abstoßungskrfte mit der jeweiligen Phase minimiert und molekulare Anziehungskrfte maximiert werden. Diese Grenzflchenaktivitt unterscheidet die Tenside von anderen Stoffgruppen.

Unter einer Grenzflche versteht man ganz allgemein die Grenze zwischen zwei nicht mischbaren Phasen, wobei fÅr den Waschvorgang die in Abb. 3.1 gezeigten Grenzflchen von besonderer Bedeutung sind.

Aus der Grenzflchenaktivitt leiten sich charakteristische und außergewÇhnliche, fÅr Tenside spezifische Eigenschaften ab:

x Tenside setzen die Oberflchenspannung des Wassers herab;
x Tenside bilden in wssriger LÇsung MicelIen aus;
x Tenside besitzen ein SchaumvermÇgen;
x TensidlÇsungen benetzen hydrophobe Flchen;
x Tenside besitzen ein SchmutzablÇsevermÇgen, genannt PrimrwaschvermÇgen; x Tenside besitzen ein Dispergier- und SchmutztragevermÇgen, genannt SekundrwaschvermÇgen.

Abb. 3.1

Orientierung von Tensiden an Phasengrenzflchen.

Waschmittel. GÅnter Wagner

Copyright c 2010 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

ISBN: 978-3-527-32678-5

56

3 Eigenschaften der Tenside

Der Waschvorgang ist aus naturwissenschaftlicher Sicht ein sehr komplizierter Prozess, der in den folgenden Kapiteln genauer erklrt werden soll, wobei hier betont werden muss, dass nur die wichtigsten Aspekte angesprochen werden kÇnnen und an einigen Stellen vereinfacht wurde.

3.2

Das Verhalten von Tensiden in wssriger LÇsung

3.2.1

Herabsetzung der Oberflchenspannung des Wassers durch Tenside

Betrachtet man einen Wassertropfen auf einer Glasplatte aus der Sicht eines Phy-sikers, der die im Tropfen herrschenden Krfte untersucht, so entsteht ein erstaunlich komplexes System. Die zwischen den MolekÅlen herrschenden Anziehungskrfte (WasserstoffbrÅckenbindungen) wirken im Inneren der FlÅssigkeit gleichmßig nach allen Seiten und kompensieren sich dadurch gegenseitig. An der Oberflche fehlt dagegen die Komponente, die aus der FlÅssigkeit heraus in die umgebende Gasphase weist. Es wirkt auf die OberflchenmolekÅle deshalb eine resultierende Kraft, die ins Innere der FlÅssigkeit gerichtet ist (Abb. 3.2).

Als Folge davon hat ein WassermolekÅl an der Oberflche einen ungÅnstigeren Energiezustand als im Inneren der FlÅssigkeit. Eine Wasserportion wird daher immer eine mÇglichst kleine Oberflche auszubilden versuchen. Wirken keine weiteren Krfte, so ist dies die Kugelform. Unter der Einwirkung zustzlicher Krfte (Schwerkraft, Wechselwirkung mit Unterlage) entsteht die typische Trop-fenform.

Wird die Oberflche des Wassers vergrÇßert, so ordnen sich mehr MolekÅle dort an. Da dies fÅr die WassermolekÅle energetisch ungÅnstig ist, muss fÅr diesen Vorgang Arbeit verrichtet werden: Je grÇßer der Flchenzuwachs, je grÇßer die verrichtete Arbeit.

Aus dieser berlegung lsst sich die Definition der Oberflchenspannung ableiten:

Arbeit N m

N

Oberflächenspannung ¼

¼

Fläche
m2
m

Abb. 3.2

Krfteverteilung im Wassertropfen.

3.2 Das Verhalten von Tensiden in wssriger LÇsung

57

Die Einheit der Oberflchenspannung wird hufig in mN/m (Millinewton pro Meter) angegeben. Die GrÇße der Oberflchenspannung hngt im Wesentlichen von der Strke der Anziehungskrfte zwischen den FlÅssigkeitsmolekÅlen ab.

Diese Krfte werden in ihrer Summe als Kohsionskrfte bezeichnet. Wasser hat infolge der hohen Polaritt der WassermolekÅle und der dadurch bedingten starken WasserstoffbrÅckenbindungen eine sehr große Oberflchenspannung.

Quecksilber hat einen noch wesentlich hÇheren Wert, den grÇßten Wert aller FlÅssigkeiten Åberhaupt, weil dort die sehr starke metallische Bindung zwischen den Atomen wirkt. Zwischen MolekÅlen unpolarer FlÅssigkeiten, z. B. Hexan, Benzol oder Diethylether, wirken dagegen relativ schwache Van-der-Waals-Krfte.

Entsprechend gering ist die Oberflchenspannung dieser Substanzen. Ethanol hat trotz vorhandener WasserstoffbrÅckenbindungen eine relativ geringe Oberfl-
chenspannung. Die im Verhltnis zur OH-Gruppe grÇßere unpolare Alkylgruppe verhindert eine rumliche Vernetzung der WasserstoffbrÅckenbindungen, wie sie z. B. bei WassermolekÅlen gegeben ist. Oberflchenspannung einiger FlÅssigkeiten gegen Luft (bei 20 hC):

Quecksilber

470 mN/m

Wasser

73 mN/m

Ethanol

23 mN/m

Benzol

29 mN/m
n-Hexan

18 mN/m

Diethylether

17 mN/m

Wird ein FremdkÇrper, z. B. eine Stecknadel oder ein Wasserlufer, auf die Wasseroberflche gebracht, so sinkt er nicht unbedingt unter, auch wenn seine Dichte viel grÇßer als die des Wassers ist. Wasser scheint eine Haut zu haben.

Zum Absinken muss vorÅbergehend die Oberflche des Wassers vergrÇßert werden – ein Vorgang, der Arbeit erfordert. Da die Oberflchenspannung beim Wasser verhltnismßig groß ist, kÇnnen auch Gegenstnde großer Dichte auf der Oberflche gehalten werden.

Wird ein Tensid in Wasser gelÇst, so verhlt es sich grundstzlich anders als zum Beispiel Kochsalz. Die TensidmolekÅle verteilen sich nicht gleichmßig in der LÇsung, sondern es bildet sich an der Oberflche eine monomolekulare Tensidschicht im Gleichgewicht mit gelÇsten MolekÅlen aus (Abb. 3.3).

Dieser Zustand ist fÅr die TensidmolekÅle energetisch am gÅnstigsten. Der hydrophile MolekÅlteil ragt dabei in Richtung wssriger LÇsung. Die Grenzflche Wasser-Luft besteht nun aus hydrophoben Kohlenwasserstoffresten, die darunter liegende Schicht je nach Art des Tensides aus hydratisierten ionischen oder nichtionischen MolekÅlanteilen. Die TensidmolekÅle haben aufgrund des energetisch gÅnstigen Zustands an der Wasseroberflche die Triebkraft, diese Oberflche zu vergrÇßern und erzeugen dadurch einen nach außen gerichteten (2-dimensiona-len) Oberflchendruck, welcher der Oberflchenspannung des Wassers entgegen-gesetzt ist und diese dadurch um einen gewissen Betrag verringert. Dieses Verhalten erklrt die Herabsetzung der Oberflchenspannung durch Tenside. Der RÅckgang der Oberflchenspannung ist bei allen in Waschmitteln verwendeten

58

3 Eigenschaften der Tenside

Abb. 3.3

Orientierung von TensidmolekÅlen in wssriger LÇsung.

Abb. 3.4

Oberflchenspannung und kritische Micellbildungskonzentration (CMC).

Tensiden hnlich. Oberflchenspannungen von TensidlÇsungen liegen im Bereich von 25– 40 mN/m (Abb. 3.4). Reines Wasser hat eine Oberflchenspannung von 73 mN/m.

3.2.2

Micellbildung von Tensiden

Schon eine geringe Menge Tensid in Wasser gegeben reicht aus, um die Oberfl-
che und vorhandene Grenzflchen, z. B. die Gefßwandungen, vollstndig zu belegen. Wird weiteres Tensid zugegeben, so kÇnnen sich die TensidmolekÅle nicht mehr an der Oberflche anordnen und beginnen, sich innerhalb der LÇsung zu

3.2 Das Verhalten von Tensiden in wssriger LÇsung

59

Micellen (lat.: mica = KÇrnchen) zusammenzuschließen. Dies sind Teilchenverbnde von 50 bis 1.000 MolekÅlen mit unterschiedlicher Form.

Innerhalb der Micelle ordnen sich die TensidmolekÅle so an, dass ihr hydrophiler Anteil in Richtung wssriger LÇsung ragt, ihr hydrophober Anteil untereinander assoziiert ist (Abb. 3.3). TensidmolekÅle innerhalb der Micelle stehen in einem dynamischen Gleichgewicht mit einzelnen TensidmolekÅlen in der LÇ-
sung und an der Oberflche. Micellen sind daher keine starren Gebilde, sondern unterliegen einer permanenten Vernderung.

Es gibt Unterschiede in der MicellgrÇße und -form bei ionischen und nichtionischen Tensiden. Bei ionischen Tensiden sind die hydrophilen Kopfgruppen durch das fester gebundene Hydratwasser, das bei der Abschtzung der relativen MolekÅlgrÇße immer mit berÅcksichtigt werden muss, relativ groß. Weiterhin kommt es zu elektrostatischen Abstoßungskrften der ionischen Kopfgruppen untereinander. Daraus ergeben sich in der Regel relativ kleine kugelfÇrmige Micellen mit 50 bis 100 MolekÅlen als gÅnstigste Anordnung.

Die Micellen der nichtionischen Tenside sind durch ein anderes relatives GrÇ-
ßenverhltnis von hydrophobem und hydrophilem MolekÅlanteil zueinander gekennzeichnet. Die HydrathÅlle ist weniger fest gebunden und durch die fehlende ionische Ladung kÇnnen sich die hydrophilen MolekÅlanteile der TensidmolekÅle strker annhern. Als Folge davon sind Micellen aus nichtionischen Tensiden grÇßer, sie enthalten 100 bis 1.000 MolekÅle, und nicht so sehr kugelfÇrmig, sondern Åberwiegend zylindrisch aufgebaut.

Die Form der Micellen hngt u. a. auch von der Tensidkonzentration ab. In verdÅnnten TensidlÇsungen bilden sich bevorzugt Kugelmicellen (ionische Tenside) oder zylindrische Micellen (nichtionische Tenside). Bei hÇherer Tensidkonzentration formieren sich grÇßere stabfÇrmige Micellen (Abb. 3.3). Steigt die Tensidkonzentration noch weiter an, kommt es zu Assoziationen der Micellen untereinander und es kÇnnen sich flÅssigkristalline Phasen ausbilden. Dabei steigt die Viskositt stark an. Die TensidlÇsung wird sehr dickflÅssig und pastenfÇrmig.

FÅr jedes Tensid gibt es eine spezifische Konzentration, oberhalb derer die Micellbildung beginnt. Man bezeichnet diese Konzentration als kritische Micellbildungskonzentration (CMC). Die kritische Micellbildungskonzentration hngt stark von der Struktur der Tenside ab. Aufgrund ihrer Ladung stoßen sich ionische TensidmolekÅle gegenseitig ab. Die Micellbildung setzt daher bei ihnen erst bei einer recht hohen Konzentration ein. Nichtionische Tenside tragen keine Ladung, so dass ihre Micellbildungskonzentration wesentlich geringer ist (Abb. 3.4). Dies hat zur Folge, dass Grenzflchenaktivitt und Schaumbildung bei Niotensiden schon bei sehr geringen Konzentrationen einsetzen.

Die Micellbildungskonzentration ist eine wichtige physikalische GrÇße zur Charakterisierung der Tenside. Oberhalb der kritischen Micellbildungskonzentration liegen TensidlÇsungen als kolloidale LÇsungen vor, unterhalb als „echte“

(molekulare) LÇsungen. Viele Eigenschaften von TensidlÇsungen, z. B. Waschwirkung, EmulgiervermÇgen u. a., kommen erst oberhalb der kritischen Micellbildungskonzentration voll zum Tragen.

60

3 Eigenschaften der Tenside

Abb. 3.5

Oberflchenspannung bzw.

Grenzflchenspannung gegen MineralÇl als

Funktion der Tensidkonzentration in
wssriger LÇsung. Die schraffierten Flchen
kennzeichnen den jeweiligen Schwankungs-
bereich bei Verwendung unterschiedlicher

Tenside.

Die kritische Micellbildungskonzentration (CMC) lsst sich u. a. bestimmen, indem man die Oberflchenspannung einer TensidlÇsung in Abhngigkeit von der Konzentration misst. Oberhalb der CMC bleibt die Oberflchenspannung, unabhngig von der Tensidkonzentration, konstant (Abb. 3.5). Auch andere physikalische Eigenschaften einer TensidlÇsung, z. B. die Lichtstreuung, die Leitf-
higkeit, der osmotische Druck u. a., verhalten sich hnlich, d. h. die entsprechenden GrÇßen ndern, als Funktion der Tensidkonzentration betrachtet, oberhalb der kritischen Micellbildungskonzentration ihre Steigung oder werden dort kon-zentrationsunabhngig. Messungen der Lichtstreuung, der Leitfhigkeit oder anderer physikalischer Eigenschaften von TensidlÇsungen kÇnnen daher ebenfalls zur Bestimmung der CMC herangezogen werden.

3.2.3

Schaumbildung von TensidlÇsungen

Bringt man durch mechanische Bewegung einer wssrigen TensidlÇsung, z. B.

durch krftiges SchÅtteln, Luft in die TensidlÇsung ein, entstehen Schaumblasen.

Beim Stehenlassen bildet sich auf der TensidlÇsung eine metastabile Schaum-schicht, die Åber einen mehr oder weniger langen Zeitraum bestehen bleibt.

Die Vorgnge auf molekularer Ebene, die zur Bildung, Stabilisierung und ZerstÇrung von Schaumblasen fÅhren, zeigt Abb. 3.6 am Beispiel eines anionischen Tensides.

Voraussetzung fÅr die Bildung einer Schaumblase ist eine Tensiddoppelschicht, die durch eine dÅnne Schicht Wasser voneinander getrennt ist. Diese Doppelschicht wird Lamelle genannt. Volumen und Stabilitt des Schaumes hngen in teilweise komplizierter Weise von mehreren EinflussgrÇßen ab, z. B.

3.2 Das Verhalten von Tensiden in wssriger LÇsung

61

Abb. 3.6

Mechanismus der Schaumbildung (modellhafte Darstellung fÅr anionische Tenside).

x begÅnstigt eine schnelle Diffusion der TensidmolekÅle an die Oberflche die Schaumbildung;
x begÅnstigt eine mÇglichst geringe Oberflchenspannung die Schaumbildung; x erhÇhen mÇglichst elastische Lamellen die Schaumstabilitt;
x erhÇhen starke Anziehungskrfte (Van-der-Waals-Krfte) zwischen den TensidmolekÅlen die Schaumstabilitt;
x bewirken elektrostatische Abstoßungskrfte zwischen anionischen TensidmolekÅlen ein leichtes Zerreißen des Tensidfilms (Abb. 3.6);
x verringert Wasserhrte die Schaumstabilitt bei anionischen Tensiden.

Durch die unterschiedliche Gewichtung dieser Effekte ist erklrbar, dass das Schaumverhalten von Tensiden oder Tensidmischungen sehr verschieden ausfallen kann. Anionische Tenside und hier besonders die Fettalkoholethersulfate (FAES) schumen meist stark, nichtionische Tenside sind allgemein schaum-
rmer. Durch die geeignete Auswahl der Tenside kann das Schaumverhalten dem jeweiligen Verwendungszweck angepasst werden:

x In Vollwaschmitteln ist Schaumarmut im Temperaturbereich von 30 hC bis 95 hC
erwÅnscht. Dies lsst sich durch zugesetzte Schauminhibitoren (z. B. Silicon-

Çle) erreichen, die die Elastizitt der Lamellen herabsetzen. Gebildete Schaumblasen sind nicht stabil und platzen.

x Bei Wollwaschmitteln, Schaumreinigern, Shampoos und anderen Reinigungsmitteln ist ein stabiler, kleinblasiger Schaum erwÅnscht. Dies kann durch sogenannte Schaumbooster, z. B. die Fettsureethanolamide, erreicht werden, die die Lamellen stabilisieren.

62

3 Eigenschaften der Tenside
x FÅr bestimmte Anwendungen, z. B. KlarspÅler oder industrielle Reiniger, werden schaumarme Tenside eingesetzt, deren Schaum sehr schnell zerfllt. Geeignet dafÅr sind spezielle nichtionische Tenside.

3.2.4

Das BenetzungsvermÇgen von TensidlÇsungen

FÅr den Waschprozess ist der Einfluss der Tenside auf die Grenzflchen Wasser-

I (flÅssig-flÅssig), Wasser-Faser (flÅssig-fest) und Schmutz-Faser (flÅssig-fest oder fest-fest) von entscheidender Bedeutung. In diesen Fllen muss die Grenzflchenspannung zwischen den beiden entsprechenden Phasen betrachtet werden.

Grenzflche flÅssig-flÅssig
ffnet man unter Wasser ein enghalsiges, mit unpolarem l gefÅlltes Flschchen, so tritt dieses l nicht aus der Flasche aus, obwohl es aufgrund der geringen Dichte zur Wasseroberflche treiben mÅsste. Die VergrÇßerung der Oberfl-
che zwischen den beiden Phasen erfordert mehr Energie, als mittels Schwerkraft zur VerfÅgung gestellt werden kann. Zwischen Wasser und l besteht offensichtlich eine große Grenzflchenspannung. Die Ursache dafÅr ist (wie bei der Oberflchenspannung) die starke WasserstoffbrÅckenbindung zwischen den WassermolekÅlen. Wird durch Zugabe einer TensidlÇsung die Grenzflchenspannung der wssrigen Phase verringert, steigt das l spontan zur Oberflche (Abb. 3.7).

Eine große Differenz zwischen den Oberflchenspannungen, dies ist bei Wasser-I der Fall, hat auch eine große Grenzflchenspannung zur Folge. Durch ihr VermÇgen, die Oberflchenspannung des Wassers herabzusetzen, verringern Tenside die Grenzflchenspannung zwischen Wasser und l erheblich (Abb. 3.5).

Im Grenzfall, wenn die Oberflchenspannung zweier Phasen genau gleich groß ist, wird die Grenzflchenspannung gleich Null, die Grenzflche verschwindet.

Abb. 3.7
lflschchen in Wasser vor und nach Tensidzugabe.

3.2 Das Verhalten von Tensiden in wssriger LÇsung

63

Grenzflche flÅssig-fest

Bringt man einen FlÅssigkeitstropfen auf eine feste Oberflche, so wird man beobachten, dass sich der Tropfen je nach Art der Oberflche mehr oder weniger stark auf dieser ausbreitet. Die FlÅssigkeit benetzt die feste Oberflche, wobei der Grad der Benetzung abhngig ist von der Oberflchenspannung der FlÅssigkeit und der Struktur des FestkÇrpers. Unter Benetzung versteht man den Ersatz der Grenzflche fest-gasfÇrmig durch die Grenzflche fest-flÅssig. Zwischenmolekulare Anziehungskrfte zwischen flÅssiger und fester Phase, die Adhsionskrfte, begÅnstigen die Benetzung. Eine starke Oberflchenspannung der FlÅssigkeit, verursacht durch Kohsionskrfte, vermindert die Benetzung.

Ein Maß fÅr das BenetzungsvermÇgen einer FlÅssigkeit ist der Randwinkel U

(Theta) an der Grenze fest-flÅssig-gasfÇrmig (Abb. 3.8). Je kleiner dieser Winkel, desto besser der Benetzungsgrad. FÅr einen effektiven Waschprozess sollte eine mÇglichst vollstndige Benetzung von Schmutz und Faser angestrebt werden.

Der Randwinkel U muss in diesem Fall mÇglichst klein sein. Je grÇßer die Anziehungskrfte zwischen einer festen und einer flÅssigen Phase sind, desto kleiner ist der Benetzungswinkel U.

Zur Abschtzung des Benetzungsgrades der Wsche durch WaschmittellÇsungen ist also die Kenntnis der Oberflchenspannung von FestkÇrper und FlÅssigkeit notwendig. Eine geringe Oberflchenspannung der FlÅssigkeit und eine hohe Oberflchenspannung des FestkÇrpers begÅnstigen eine Benetzung. Weil z. B. Glas eine deutlich hÇhere Oberflchenspannung als viele Kunststoffe hat, wird Glas von Wasser benetzt, hydrophobe Oberflchen wie Polyester oder Polyamid jedoch nicht. Wird die Oberflchenspannung des Wassers durch Tensidzugabe verringert, so wird die Benetzung hydrophober Flchen stark erleichtert (Abb. 3.9).

Ein einfaches Experiment verdeutlicht den Unterschied. Taucht man eine Kapillare aus Polyethylen und eine weitere aus Glas in Wasser ein, so steigt das Wasser in der Glaskapillare empor, aus der Polyethylenkapillare wird es verdrngt Abb. 3.8

Deutung der Benetzung eines FestkÇrpers mit Hilfe von
zwischenmolekularen Krften zwischen flÅssiger und fester Phase.

64

3 Eigenschaften der Tenside

Abb. 3.9

Wassertropfen auf hydrophobem Gewebe vor und nach Tensidzugabe.

Abb. 3.10

Ansteigen bzw. Absinken einer

Wassersule in einer Kapillare bei

Wandmaterialien mit unterschiedlicher
kritischer Oberflchenspannung.

(Abb. 3.10). Polyethylen kann hier als Modell fÅr eine hydrophobe Faser, z. B. Polyamid oder Polyester, dienen. Im Fall der Grenzflche Wasser-Glas ist der Benetzungswinkel U kleiner als 90h. Zwischen Glas und Wasser bilden sich Anziehungskrfte aus, das Wasser haftet auf dem Glas. Die schlechte Benetzung von Polyethylen durch Wasser fÅhrt zum Absinken der Wassersule in der Kapillare.

3.3

Die Waschwirkung von Tensiden

Wscheschmutz ist von sehr heterogener Zusammensetzung (s. Kap. 1.2). Er enthlt wasserlÇsliche und wasserunlÇsliche Bestandteile und kann sowohl flÅssiger wie fester Natur sein. Entsprechend komplex ist der Prozess der SchmutzablÇ-
sung. Aus GrÅnden des besseren Verstndnisses ist es sinnvoll, die SchmutzablÇsung fÅr verschiedene idealisierte Schmutzarten gesondert zu betrachten.

Hierzu zhlen fett- und Çlhaltige Substanzen, hydrophober Pigmentschmutz und hydrophile Verschmutzungen.

3.3 Die Waschwirkung von Tensiden

65

3.3.1

SchmutzablÇsung von Çl- und fetthaltigem Schmutz

Aufgrund des mehr oder weniger hydrophoben Charakters von Textilgewebe, dies gilt besonders fÅr die synthetischen Fasern, haftet Çliger und fetthaltiger Schmutz, der ja ebenfalls hydrophoben Charakter hat, sehr fest auf der Faser. Versucht man, den fetthaltigen Schmutz mit Wasser zu entfernen, so fÅhrt dies nicht zum Erfolg.

Taucht man dagegen ein mit l verschmutztes Gewebe in eine TensidlÇsung, so lÇsen sich die ltrÇpfchen nach einiger Zeit von der Faser (Abb. 3.11).

Der SchmutzablÇsevorgang lsst sich modellhaft in vier Phasen unterteilen (Abb. 3.12).

Benetzung

Die niedrige Oberflchenspannung der TensidlÇsung ermÇglicht die vollstndige Benetzung von Schmutz und Faser. Bedingt durch die Grenzflchenaktivitt der TensidmolekÅle lagern sich diese nun bevorzugt an den Grenzflchen Wasser-Faser und Wasser-l an. Sowohl Faser als auch Schmutzteilchen werden von einer monomolekularen Tensidschicht umgeben. Der hydrophile Anteil der Tenside ragt dabei in Richtung wssriger LÇsung.

Verminderung der Schmutzhaftung

An der Grenze zwischen Faser und Schmutzteilchen bildet sich durch die Anordnung der TensidmolekÅle eine gleichsinnig geladene hydrophile Schicht aus.

Diese Schicht fÅhrt zu einer elektrostatischen Abstoßung zwischen Schmutz und Faser. Die Schmutzhaftung wird vermindert, und das ltrÇpfchen wird teilweise von der Faser verdrngt. Die hydrophobe Phase (l) ist nun durch die wssrige Phase ersetzt worden.

Bei dieser sogenannten Umnetzung tritt das BenetzungsvermÇgen des ltropfens in Konkurrenz zu dem der TensidlÇsung. Je geringer also die Oberflchenspannung der TensidlÇsung ist, desto effektiver wird die Umnetzung ablaufen.

AblÇsen des Schmutzes von der Faser

Die vollstndige Umnetzung luft im Allgemeinen nicht spontan ab. Zur restlo-sen Entfernung des ltrÇpfchens von der Faser ist noch mechanische Bewegung notwendig. Eine wirkungsvolle Bewegung der Wsche whrend des Waschvorganges bestimmt daher den Wascherfolg ganz wesentlich mit.

Halten des Schmutzes in der LÇsung

FÅr einen effektiven Reinigungsvorgang genÅgt es nicht, den Schmutz mehr oder weniger kurzfristig von der Faser zu lÇsen. Es muss verhindert werden, dass sich einmal abgetrennter Schmutz erneut an anderer Stelle auf der Faser wieder absetzen kann. Tenside sind in der Lage, durch ihre Grenzflchenaktivitt ein SchmutztragevermÇgen auszubilden. Dies geschieht, indem sie eine hydrophile Schicht um das von der Faser gelÇste ltrÇpfchen bilden. Dadurch wird

66

3 Eigenschaften der Tenside

Abb. 3.11

AblÇsung einer Çligen Anschmutzung
von einer Textilfaser (wegen besserer Kontraste
rot eingefrbt).

3.3 Die Waschwirkung von Tensiden

67

Abb. 3.12

AblÇsung einer Çligen Anschmutzung von einer Textilfaser im Modell.

die Grenzflchenspannung zwischen l und Wasser soweit herabgesetzt, dass die
ltrÇpfchen in ihrer Form stabil bleiben. Eine weitere Stabilisierung wird durch die gleichsinnige elektrische Aufladung der TrÇpfchen erreicht, die durch die Anordnung der ionischen Tenside entsteht (Abb. 3.13). Dies fÅhrt zu Abstoßungskrften der ltrÇpfchen untereinander. Sie kÇnnen sich nicht zu grÇßeren Aggre-gaten vereinigen, die sich dann auf dem Gewebe niederschlagen.

Nichtionischen Tensiden fehlt ein stabilisierender Effekt durch die elektrische Aufladung. Aber auch sie besitzen ein SchmutztragevermÇgen. Ursache dafÅr ist die HÅlle aus hydratisierten hydrophilen Gruppen der TensidmolekÅle, die die
ltrÇpfchen umgibt. Diese hydrophile Sperrschicht verhindert ein Zusammen-fließen der TrÇpfchen. Tenside kÇnnen eine einmal gebildete Emulsion fÅr lngere Zeit stabilisieren. Eine Eigenschaft, die nicht nur fÅr den Waschvorgang von Bedeutung ist, sondern ebenfalls in der Pharmazie, Lebensmitteltechnologie, Kosmetik und in biologischen Systemen genutzt wird. Auf hnliche Weise stabilisieren Tenside auch Suspensionen. Ganz allgemein spricht man in diesem Zusammenhang vom DispergiervermÇgen der Tenside. Als Dispersion bezeichnet man eine feine Verteilung fester, flÅssiger oder gasfÇrmiger Teilchen in einer kontinuierlichen Phase anderer Zusammensetzung. Eine Suspension ist eine Dispersion fester Teilchen in einer FlÅssigkeit, eine Emulsion eine Verteilung feinster Tropfen einer FlÅssigkeit in einer anderen FlÅssigkeit. Dispersionen neigen aufgrund ihrer hohen Grenzflchenenergie dazu, sich zu trennen. Es handelt sich um einen metastabilen Zustand.

68

3 Eigenschaften der Tenside

Abb. 3.13

Abstoßungseffekt zwischen gleichsinnig geladenen ltrÇpfchen,
die von einer HÅlle aus anionischen Tensiden umgeben sind.

Unterschiede im Dispergier- und SchmutztragevermÇgen der Tenside zeigen sich erst nach mehrmaligem Waschen in Form von erhÇhter Ablagerung von Substanzen auf dem Gewebe (Inkrustierung und Vergrauung). Das Dispergier-und SchmutztragevermÇgen der Tenside wird deshalb SekundrwaschvermÇgen genannt, im Gegensatz zum reinen SchmutzablÇsevorgang, dem PrimrwaschvermÇgen.

Mikroemulsionen

Whrend der Entfernung Çliger Anschmutzungen kÇnnen sich aus den drei Komponenten Wasser, Tensid und l unter geeigneten Bedingungen Mikroemulsionen bilden. Diese Mikroemulsionen zeichnen sich durch eine extrem niedrige Grenzflchenspannung sowie ein hohes SolubilisierungsvermÇgen gegenÅber ÇllÇslichen und wasserlÇslichen Komponenten aus. Sie unterstÅtzen damit in besonderer Weise die Schmutzentfernung. Die Bildung von Mikroemulsionen ist sehr stark vom Tensidtyp, von der Art des ls und von der Temperatur abhngig. Der direkte Einsatz von Mikroemulsionen als Waschmittel erfolgt bisher nicht, da hierfÅr hohe Tensidkonzentrationen notwendig sind.

3.3.2

SchmutzablÇsung von Pigmentschmutz

Grundstzlich mÅssen whrend des Reinigungsprozesses die zwischen Schmutz und Faser wirkenden Anziehungskrfte Åberwunden werden, um den Schmutz abzulÇsen. Bei Pigmentanschmutzungen sind diese Krfte in starkem Maße vom Abstand und den elektrischen Potentialen von Faser und Schmutz sowie

3.3 Die Waschwirkung von Tensiden

69
von der GrÇße der Schmutzteilchen abhngig. Bei Pigmentschutz wirken mehrere physikalische Vorgnge an der SchmutzablÇsung mit.

In wssriger LÇsung besitzen Schmutz und Faser eine mehr oder weniger große negative elektrische Ladung. Diese Aufladung wird elektrokinetisches Potential oder Zeta-Potential (z-Potential) genannt. Die Oberflchenladung beruht auf der Adsorption von Ionen und/oder der Dissoziation von Oberflchengrup-pen, beispielsweise Carboxylgruppen. Die Aufladung fÅhrt zu einer elektrischen Abstoßung zwischen Schmutz und Faser und Schmutzteilchen untereinander und begÅnstigt die SchmutzablÇsung (Abb. 3.14).

Durch die Adsorption von Ionen und die Dissoziation an der Oberflche tritt eine pH-Abhngigkeit der elektrischen Oberflchenladung ein. Je hÇher der pH-Wert der LÇsung ist, desto mehr Hydroxid-Ionen (OH–) werden adsorbiert und desto mehr saure Gruppen dissoziieren. Die negative elektrische Oberfl-
chenladung wird strker und damit auch die Abstoßung zwischen Schmutz und Faser. Dies erklrt, warum eine alkalische LÇsung, z. B. SodalÇsung, auch ohne Zusatz von Tensiden eine gewisse Reinigungswirkung zeigt.

In Gegenwart von Tensiden werden sowohl Schmutzteilchen als auch Faser von einer monomolekularen Schicht von Tensiden umgeben. Daraus resultiert (bei anionischen und nichtionischen Tensiden) eine gleichsinnig geladene hydrophile Oberflche, welche die durch das Zeta-Potential hervorgerufenen elektrostatischen Abstoßungskrfte zwischen Schmutzteilchen und Faser verstrkt. Die SchmutzablÇsung wird also in Gegenwart von Tensiden auch bei Pigmentschutz erheblich erleichtert. Wenn das Schmutzteilchen allerdings hydrophil, d. h. sehr polar ist oder ionische Eigenschaften hat, ist die schmutzablÇsende Wirkung von Tensiden nur sehr gering.

Abb. 3.14

Durch elektrostatische Abstoßungskrfte
wird die SchmutzablÇsung in alkalischer LÇsung erleichtert

(S = Schmutzteilchen).

70

3 Eigenschaften der Tenside

3.3.3

SchmutzablÇsung von stark polarem Schmutz

Wscheschmutz ist so verschiedenartig, dass Tenside allein nicht in jedem Fall die notwendige Reinigungswirkung entfalten kÇnnen. Bei der AblÇsung hydrophiler Anschmutzungen von der Faser sind sie praktisch wirkungslos. Soweit der Schmutz wasserlÇslich ist, stellt die SchmutzablÇsung auch kein Problem dar. Zur AblÇsung von wasserunlÇslichem hydrophilem oder stark polarem Schmutz benÇtigt man dagegen Waschhilfsstoffe, die eine Reinigung unterstÅtzen:

x WasserunlÇslicher, polarer Pigmentschmutz, z. B. Gartenerde, lsst sich in Gegenwart mehrwertiger Anionen, dazu zhlen Carbonat-Ionen oder wasserlÇsliche Silicat-Ionen, von der Faser ablÇsen.

x Calciumhaltige Anschmutzungen erfordern die Anwesenheit von Komplexbildnern oder Ionenaustauschern. Durch sie wird die Konzentration von Calcium-Ionen in der wssrigen LÇsung gesenkt. Aus GrÅnden des chemischen Gleichgewichts kann sich nun ein Teil des Calciums von der Faser lÇsen und in die wssrige Phase Åbergehen. Der Schmutzverband wird dadurch aufgelockert und die Schmutzbeseitigung erleichtert.

x Zur Beseitigung von proteinhaltigem Schmutz werden in Waschmitteln Enzyme (Proteasen) eingesetzt.

x Strkehaltiger Schmutz lsst sich durch Amylasen entfernen.

x Oxidierbare Anschmutzungen kÇnnen durch Bleichmittel entfernt werden.

3.3.4

Tensidmischungen

Der Waschvorgang ist aufgrund der intensiven Bewegung whrend des Waschens ein typischer Nichtgleichgewichtsprozess. Durch die Bewegung der Textilien und des Wassers verndern sich permanent die Grenzflchen. Die typische Zeitskala, auf der diese Grenzflchen gebildet werden, ist im Allgemeinen kÅrzer als die Zeitskala, auf der die Adsorption der Tenside stattfindet. Dadurch kÇnnen sich keine Adsorptionsgleichgewichte ausbilden. Die Adsorptions- und Diffusionskinetik der Tenside spielt dementsprechend fÅr die SchmutzablÇsung eine besonders wichtige Rolle, weniger die thermodynamischen Gleichgewichtsprozesse.

Anionische Tenside zeigen in wssriger LÇsung eine deutlich hÇhere Adsorptions- und Diffusionsgeschwindigkeit als nichtionische Tenside, whrend letztere eine geringere (Gleichgewichts-) Oberflchenspannung zeigen. Die Adsorptions-geschwindigkeiten reichen von Millisekunden bei ionischen Tensiden bis zu Mi-nuten oder auch Stunden bei manchen nichtionischen Tensiden.

Weiterhin ist die Micelldynamik (Bildung, AuflÇsung und Vernderung von Micellen) bei anionischen Tensiden wesentlich grÇßer. Bildet man Mischungen von anionischen und nichtionischen Tensiden, so ergnzen sich beide Effekte – geringe Gleichgewichts-Oberflchenspannung bei hoher Dynamik der Tensidmole-

Literatur

71
kÅle –, so dass beim Waschvorgang synergetische Effekte zu beobachten sind.

Dementsprechend werden in allen modernen Waschmitteln heute Tensidmi-
schungen aus anionischen und nichtionischen Tensiden eingesetzt.

Der Zusatz kleiner Mengen von speziellen, kurzkettigen Kationtensiden (I 1 %) zu Mischungen von anionischen und nichtionischen Tensiden (ternre Tensidsysteme) kann einen positiven Effekt auf die Waschkraft entfalten, wenn das Verhltnis von Anion- und Kationtensid entsprechend gewhlt wird und das Aniontensid im berschuss vorliegt. Derartige ternre Tensidsysteme sind in einigen Waschmitteln zu finden (vgl. Kap. 5.1).

Literatur

WeiterfÅhrende Literatur

Hauthal, H. G. und Wagner, G.: Reinigungs-

Kosswig, K. und Stache, H.: Die Tenside.

mittel und Pflegemittel im Haushalt –

Hanser Fachbuchverlag, MÅnchen 1993.

Chemie, Anwendung, kologie und Ver-

Lange, K. R. (Hrsg.): Surfactants – A Practical
brauchersicherheit. Verlag fÅr chemische

Handbook. Hanser Verlag, MÅnchen 1999.

Industrie, aktualisierte Ausgabe, Augsburg

Rosen, J. M.: Surfactants and Interfacial Phe-

2007.

nomena. J. Wiley & Sons, New York 1978.

Holmberg, K.: Handbook of Applied Surface

Schmiedel, P. und von Rybinski, W. (2006):

and Colloid Chemistry. Wiley-VCH, Wein-

Applied theory of surfactants. In Richard J.

heim 2001.

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Kosswig, K.: Surfactants. In: Ullmann’s En-

Surfactants. Blackwell Publishing.

cyclopedia of Industrial Chemistry. Volume A

25, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim

1994.

4.1 Waschmitteltypen im berblick

73

4

Warenkunde der Waschmittel

4.1

Waschmitteltypen im berblick

Als Waschmittel (engl.: detergents) bezeichnet man Stoffgemische, die in Wasser gelÇst der Reinigung von Textilien dienen.

Obwohl die Verbraucher dem Produkt „Waschmittel“ beim Einkauf und bei der Nutzung hufig wenig Aufmerksamkeit widmen, sind die AnsprÅche daran und an den Wascherfolg insgesamt heute enorm groß. Dass die Wsche nach dem Waschen rundum sauber ist, wird als selbstverstndlich angesehen. DarÅber hinaus erwarten die Verbraucher heute ein mÇglichst preiswertes Produkt, eine weitgehende Umweltvertrglichkeit, umfassende Schonung und Pflege der Textilien, Verbrauchersicherheit in Form von Hautvertrglichkeit, Allergiefreiheit und Hygiene sowie hufig noch weiteren Zusatznutzen (s. Kap. 4.7).

Diese AnsprÅche an Waschmittel lassen sich nur erfÅllen durch eine stndige Weiterentwicklung der Produkte und ein breites Angebot unterschiedlicher Produkttypen und Angebotsformen, optimiert fÅr den gewÅnschten Einsatzzweck.

Dadurch wird erklrlich, dass heute im Supermarkt eine Vielzahl von Produkten und Angebotsformen zu finden sind. Allein auf dem deutschen Markt werden mehrere hundert verschiedene Waschmittel angeboten.

Zu den aktuellsten Entwicklungen gehÇrt die Erweiterung des Anwendungsbereiches der flÅssigen und pulverfÇrmigen Waschmittel bei niedrigen Temperaturen (Kalt-Waschgang, 20 hC-Waschgang). Dieser Trend wurde mÇglich durch Leis-tungsverbesserungen der Waschmittelinhaltsstoffe im Niedrigtemperaturbereich, insbesondere bei Enzymen. Er ermÇglicht deutliche Energieeinsparungen beim Waschen.

Obwohl aufgrund der international agierenden großen Waschmittelhersteller die Rezepturen und Angebotsformen der Waschmittel in Europa immer hnlicher werden, sind durchaus grÇßere regionale und nationale Unterschiede des Waschmittelangebots in Europa zu beobachten (vgl. Kap. 8.3). Im folgenden Teil werden die deutschen Waschmittel genauer vorgestellt.

Waschmittel lassen sich je nach Einsatzbereich in vier große Produktgruppen unterteilen: Vollwaschmittel, Colorwaschmittel, Feinwaschmittel und Spezialwaschmittel (Abb. 4.1).

Waschmittel. GÅnter Wagner

Copyright c 2010 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

ISBN: 978-3-527-32678-5

74

4 Warenkunde der Waschmittel

Abb. 4.1

Klassifizierung der Waschmittel.

Innerhalb jeder Gruppe gibt es dann eine Anzahl unterschiedlicher Angebotsformen mit verschiedenen Leistungsschwerpunkten. Die Voll- und Colorwaschmittel reprsentieren davon die mengenmßig und wirtschaftlich weitaus bedeutendsten Gruppen der Waschmittel und bilden dementsprechend auch die grÇßte Angebotsvielfalt im Einzelhandel.

Obwohl ein modernes Waschmittel aus Åber 20 verschiedenen Inhaltsstoffen bzw. Inhaltsstoffgruppen bestehen kann und die genaue Rezeptur eines Waschmittels streng geheim gehalten wird, lsst sich der grundstzliche Aufbau eines jeden Waschmittels durch vier Funktionsbausteine beschreiben, die in unterschiedlicher Weise zum jeweiligen Produkt kombiniert werden: Tenside, GerÅststoffe (Enthrtersysteme), Bleichmittel, sonstige Inhaltsstoffe.

x Tenside sind die zentralen Inhaltsstoffe aller Waschmittel (s. Kap. 2, 3 und 5.1).

Die Waschwirkung dieser Substanzen ist ausgezeichnet. Sie allein sind aber nicht in der Lage, alle Arten von Schmutz zu beseitigen. Des Weiteren kann ihre Wirksamkeit durch hartes Wasser beeintrchtigt werden.

x GerÅststoffe (Enthrtersysteme) (Kap. 5.2) sind in jedem Waschmittel zu finden, wobei in festen (Pulver, Perlen oder Tabs) und flÅssigen Produkten andere Substanzen zum Einsatz kommen. GerÅststoffe beseitigen die stÇrende Wirkung von hartem Wasser und unterstÅtzen darÅber hinaus in vielfltiger Weise den Waschprozess.

4.2 Waschmitteltypen im berblick

75

Bei den GerÅststoffen hat sich in Deutschland ein grundlegender Wandel vollzogen. In den Jahren 1986 bis 1990 sind die lange Zeit gebruchlichen Waschmittelphosphate vollstndig durch Enthrtersysteme auf Basis von Zeolithen und anderen Silikaten ersetzt worden. Durch diese Umstellung haben sich die aktuellen Rezepturen der Waschmittel im Vergleich zu frÅheren Jahren grundstzlich verndert.

In flÅssigen Waschmitteln kÇnnen Zeolithe und andere GerÅststoffe nicht ohne Probleme verwendet werden. Entweder sind sie aufgrund der UnlÇslichkeit schwer einzuarbeiten (Zeolithe) oder sie sind nicht leistungsfhig genug (Citrat). In flÅssigen Waschmitteln Åbernimmt im Allgemeinen die Seife die Aufgabe des Wasserenthrters (s. Kap. 5.1).

x Bleichmittel (Kap. 5.4) beseitigen farbige Verschmutzungen sowie Geruch und tragen wesentlich zur Wschehygiene bei. Sie sind nur in festen Vollwaschmitteln und speziellen Waschhilfsmitteln zu finden.

x Jedes Waschmittel enthlt noch eine Anzahl weiterer Inhaltsstoffe mit unterschiedlichen Aufgaben, die in den Kapiteln 5.5 und 5.6 nher beschrieben werden. FlÅssige Waschmittel enthalten zustzlich noch LÇsemittel in Form von Wasser und/oder Alkoholen.

Wie diese Funktionsgruppen zum jeweiligen Waschmitteltyp kombiniert werden, ist in Abb. 4.2 beispielhaft gezeigt an den verschiedenen Angebotsformen der Voll- und Colorwaschmittel. In Anhang 4 sind Rahmenrezepturen wichtiger Waschmitteltypen zu finden, Kapitel 8.4 gibt Hinweise zur Auswahl des richtigen Waschmitteltyps. Im folgenden Teil werden nun die einzelnen Waschmitteltypen und Angebotsformen genauer vorgestellt.

Abb. 4.2

Funktionsbausteine von Voll- und Colorwaschmitteln im Vergleich.

76

4 Warenkunde der Waschmittel

4.2

Vollwaschmittel

Vollwaschmittel, auch als Universalwaschmittel bezeichnet, lassen sich in pulverfÇrmige (Sammelbegriff fÅr Pulver, Granulat oder Perlen), flÅssige und portionierte Erzeugnisse (Tabs und FlÅssig-Tabs) unterteilen. Die pulverfÇrmigen Produkte bilden davon die wirtschaftlich bedeutendste Gruppe.

Um eine optimale Wirksamkeit zu erreichen, enthalten alle festen Produkte, also Pulver, Perlen, Granulate und Tabs, grundstzlich Bleichmittel und optische AufheIler. Dagegen fehlen die Bleichmittel in allen flÅssigen und gelfÇrmigen Er-zeugnissen.

Aufgrund ihrer hohen Alkalitt, der Anwesenheit von Bleichmitteln (in festen Produkten) und Enzymen (speziell Proteasen) sind Vollwaschmittel nicht fÅr empfindliche Textilien wie Wolle, Seide oder Feinwsche geeignet.

4.2.1

Vollwaschmittel, pulverfÇrmig

Vollwaschmittel, insbesondere in fester Form, zhlen zu den leistungsstrksten Produkten. Sie eignen sich vor allem fÅr stark verschmutzte und weiße Wsche und kÇnnen bei allen Waschtemperaturen eingesetzt werden.

HerkÇmmliche pulverfÇrmige Vollwaschwaschmittel sind der lteste Waschmitteltyp und seit 1907 (Persil) im Handel. Sie sind bezÅglich der Art der Inhaltsstoffe den modernen pulverfÇrmigen Superkompaktwaschmitteln (s. u.) hnlich, enthalten aber in der Regel geringere Anteile davon sowie hufig einen grÇßeren Anteil an GerÅst- und FÅllstoffen (meist Natriumsulfat). Daher benÇtigen sie gegenÅber diesen eine etwas hÇhere Dosierung pro Waschgang (Abb. 4.3). Durch die meist geringere SchÅttdichte ergeben sich allerdings z. T. Vorteile im LÇseverhalten, wodurch die Neigung zur Bildung von ZeolithrÅckstnden auf Textilien etwas verringert wird.

1989 kamen die Kompaktwaschmittel der ersten Generation mit gegenÅber damaligen klassischen Pulvern deutlich verringerter Dosierung pro Waschgang auf den Markt. 1994 folgten dann die noch weiter kompaktierten und mit einer noch niedrigeren Dosierung einsetzbaren Superkompaktwaschmittel, auch Niedrigdosierwaschmittel oder Superkonzentrate genannt. Die Inhaltsstoffe der Superkompaktwaschmittel sind vergleichbar mit denen der herkÇmmlichen phosphatfreien Vollwaschmittel (s. Anhang 4). Durch eine besonders effektive Rezepturkombina-tion und besonders wirksame Inhaltsstoffe gelingt es, die Dosierungsempfehlung gegenÅber den herkÇmmlichen Vollwaschmitteln und kompakten Produkten der ersten Generation zu reduzieren. Durch moderne Herstellungsverfahren (s.

Kap. 7) wird zustzlich das Litergewicht (die SchÅttdichte) des Waschmittels er-hÇht. Eine Dosierung von 67 g pro Waschgang (5 kg durchschnittlich verschmutzte Wsche, Wasserhrtebereich II) reicht aus (Abb. 4.3).

Whrend die Kompaktwaschmittel der ersten Generation seit einigen Jahren vom Markt verschwunden sind, haben sich die Dosierungen der verschiedenen

4.2 Vollwaschmittel

77

Abb. 4.3

Vernderung der Waschmitteldosierung 1975 bis 2010 in g/Waschgang

(normal verschmutzt, Hrtebereich II).

Angebotsformen der festen Waschmittel angenhert. Die Dosierung der herkÇmmlichen Waschmittel konnte durch Rezepturverbesserungen und leistungsfhigere Inhaltsstoffe von 150 g pro Waschgang (durchschnittlich verschmutzte Wsche, Wasserhrtebereich II) im Jahre 1994 auf 80 g im Jahr 2010 abgesenkt werden (Abb. 4.3). Hilfreich fÅr diese Entwicklung war auch das „Laundry Sustainability Project 2“ der A.I.S.E von 2009, in der sich wichtige europische Waschmittelhersteller auf freiwilliger Basis auf eine Obergrenze der Waschmitteldosierung von 85 g pro Waschgang verpflichtet haben.

Die herkÇmmlichen pulverfÇrmigen Vollwaschmittel sind seit 2002 als Kompaktwaschmittel zu bezeichnen, da sie in der Dosierempfehlung den Kompaktwaschmitteln der ersten Generation entsprechen bzw. seitdem noch deutlich darunter liegen. 2010 gibt es also zwei Produktlinien bei pulverfÇrmigen Waschmitteln am Markt, die Kompaktwaschmittel als „Normalware“ und die Superkompaktwaschmittel als Superkonzentrate bzw. Niedrigdosierwaschmittel.

Prinzipiell kÇnnen sich die Kompaktwaschmittel und die modernen Superkompaktwaschmittel/Niedrigdosierwaschmittel gegenseitig ersetzen. Die Superkompaktwaschmittel vereinigen eine hohe Leistung mit niedriger Dosierung und sind dadurch besonders ressourcenschonend im Sinne eines nachhaltigen Waschens (Kap. 11). Die Kompaktwaschmittel als „Normalware“ zeichnen sich demgegenÅber hufig durch einen besonders gÅnstigen Preis aus, erreichen aber nicht immer die Leistungsfhigkeit der Niedrigdosierwaschmittel.

Baukastensysteme sind ebenfalls fÅr den universellen Einsatz erdacht worden.

Sie unterscheiden sich von den Vollwaschmitteln durch eine getrennte Anwendung bestimmter Waschmittelkomponenten. Die Mengenverhltnisse werden individuell den Waschbedingungen angepasst. Baukastensysteme bestehen meist aus zwei bis drei Einzelbausteinen. Im Basiswaschmittel werden Tenside auf Sei-

78

4 Warenkunde der Waschmittel
fenbasis oder auf Basis moderner Tenside verwendet. Zustzliche Bausteine sind separate Wasserenthrter und Bleichmittel. Nur selten werden mehr als drei Komponenten angeboten, z. B. die „Hobbythek“-Waschmittel. Baukastensysteme haben keine wirtschaftliche Bedeutung.

4.2.2

Vollwaschmittel, flÅssig und gelfÇrmig

Erste flÅssige Vollwaschmittel kamen in Deutschland 1981 auf dem Markt („Liz“,

„Vizir“), in anderen Lndern, z. B. USA, haben sie dagegen schon eine lange Tradition aufgrund der unterschiedlichen Waschgewohnheiten in diesen Lndern (Waschen bei niedrigen Temperaturen, getrennte Dosierung eines Bleichmittels auf Hypochloritbasis).

FlÅssige Produkte unterscheiden sich in ihrer Zusammensetzung grundlegend von den pulverfÇrmigen Waschmitteln. Die flÅssigen bzw. gelfÇrmigen Waschmittel weisen zwar auch wie pulverfÇrmige Produkte anionische und nichtionische Tenside auf, jedoch in hÇheren Anteilen und hufig in anderen Mengenverhltnissen. Seifen dienen in flÅssigen und gelfÇrmigen Waschmitteln als Wasserenthrter. Bei der Reaktion von Seife mit hartem Wasser bildet sich Kalkseife, die durch nichtionische Tenside dispergiert wird (s. Kap. 5.1). Der Tensidanteil der FlÅssigwaschmittel ist dadurch um den Faktor 2 bis 3 hÇher als in pulverfÇrmigen Produkten (s. auch Anhang 4).

GerÅststoffe (Builder), z. B. Natriumcitrat, kommen nur in geringen Mengen vor. Auch Bleichmittel sind in dieser Produktkategorie nicht anzutreffen, da sie nicht stabil eingearbeitet werden kÇnnen. Alkohole werden je nach Rezeptur als LÇsungsmittel, zur Stabilisierung und Einstellung der Viskositt und Konservierung verwendet. Enzyme, optische Aufheller, Stabilisatoren (Phosphonate) sind in der Regel vorhanden. Der Anteil Wasser in den Rezepturen ist je nach Qualitt und Rezepturtyp unterschiedlich.

Die Strken der flÅssigen Vollwaschmittel liegen beim Waschen von synthetischen Fasern und fetthaltigen Anschmutzungen im Temperaturbereich unterhalb 60 hC. Durch die fehlenden Bleichmittel ist die Gewebeschonung gegenÅber den festen Produkten grÇßer, bleichbare Flecken kÇnnen aber kaum entfernt werden.

Bei farbiger Wsche empfiehlt sich die Verwendung von Colorwaschmitteln (Kap. 4.3) anstelle von Vollwaschmitteln, denn durch die Anwesenheit der optischen Aufheller kann es bei empfindlichen Farben unter Umstnden zu Farbver-
nderungen der Wsche kommen. Insgesamt sind pulverfÇrmige Produkte hufig etwas leistungsfhiger als flÅssige Produkte [1].

GelfÇrmige Vollwaschmittel zeichnen sich durch besonders bequeme Handhabung aus. Weiterhin sind sie sehr gut zur Wschevorbehandlung und Fleckbehandlung geeignet, wenn sie unverdÅnnt auf betroffene TextilstÅcke aufgetragen werden. Die Rezepturen sind hnlich denen von flÅssigen Vollwaschmitteln (Anhang 4), die gelfÇrmige Konsistenz wird erreicht durch eine spezielle Mischung von Tensiden und Polymeren.

4.3 Colorwaschmittel

79

Seit 2009 gibt es flÅssige Superkonzentrate bei Voll- und Colorwaschmitteln im Markt. Sie haben eine Dosierung von nur noch 37 mL (37 g) gegenÅber der Dosierung der Konzentrate von 75 mL (75 g) und der Normalware von ca. 100 mL

(100 g).

4.3

Colorwaschmittel

Bereits wenige Jahre nach der EinfÅhrung der oben beschriebenen Vollwaschmittel-Kompaktate kamen 1992 die (ebenfalls kompakten) Colorwaschmittel als neue Entwicklungsrichtung auf den Markt. Sie ergnzten das Waschmittelangebot aufgrund der genderten Verbrauchergewohnheiten bei den Textilien, denn heute findet man in den Haushalten zu etwa 80 % farbige Kleidung, darunter zunehmend viele leuchtende Farben, die besonders im Bereich der Freizeitbekleidung anzutreffen sind.

Bleichmittel, die in den pulverfÇrmigen Vollwaschmitteln zu finden sind, kÇnnen empfindliche Textilfarbstoffe schdigen und zum Verblassen der Farben fÅhren. Colorwaschmittel tragen dem Rechnung. Sie enthalten keine Bleichmittel und auch keine optischen Aufheller, weil diese zu Farbvernderungen fÅhren kÇnnen. Zustzlich ist meist ein FarbÅbertragungsinhibitor (s. Kap. 5.6.1.2) enthalten, der einen gewissen Schutz gegen das Verfrben der Textilien bietet, wenn unterschiedlich gefrbte Textilien gemeinsam gewaschen werden. Hufig wird zur Erhaltung der Farbbrillanz auch Cellulase (s. Kap. 5.5) in Colorwaschmitteln eingesetzt. Ebenso wie Vollwaschmittel sind Colorwaschmittel fÅr Wolle und Seide nicht geeignet.

Auch bei den Colorwaschmitteln gibt es verschiedene Angebotsformen: pulverfÇrmige (Pulver, Perlen, Granulate), flÅssige, gelfÇrmige und portionierte Erzeugnisse (Tabs). Feste und flÅssige Colorwaschmittel sind grundlegend unterschiedlich zusammengesetzt (Rahmenrezepturen s. Anhang 4).

4.3.1

Colorwaschmittel, pulverfÇrmig

Eine durchschnittliche Rezeptur eines pulverfÇrmigen Colorwaschmittels im Vergleich zu einem Vollwaschmittel zeigt Abb. 4.4. PulverfÇrmige Colorwaschmittel sind aufgrund der hÇheren Alkalitt leistungsstrker als die hnlich zusammen-gesetzten Feinwaschmittel.

80

4 Warenkunde der Waschmittel

Gehaltsangaben in %

Colorwaschmittel,

Vollwaschmittel,

Inhaltsstoffe

Superkompaktat

Kompaktat

Lineares Alkylbenzolsulfonat (LAS)

15

11

Fettalkoholsulfat (FAS)

5

-

Fettalkoholethoxylat (FAEO)

5

3

Seife 1

1

Zeolith A

30

17

Soda 3

23

Polycarboxylate 3

2

Natriumcitrat

5

-

Natriumsilicat 1

2

Natriumpercarbonat -

13

Tetraacetylethylendiamin (TAED)

-

3

Enzyme Proteasen

+

+

Lipasen

+

+

Amylasen

+

+

Mannanasen

+

+

Cellulasen

+

+

Phosphonate 1

1

Siliconöl/Paraffinöl (Schaum-

0.5 0.5
inhibitoren)

Carboxymethylcellulose 1

0,5

Optische Aufheller

-

+

Farbübertragungsinhibitoren (PVP und

0,5 -

PVP-Derivate)

Soil-release-Polymere +/-

+/-

Duftstoffe

< 0.5

< 0.5

Farbstoff +/-

+/-

Natriumsulfat (produktionsbedingt)

5

4

Wasser

Rest

Rest

+ = in geringen Mengen enthalten (< 1 %)

- = nicht enthalten

Stand: 2009 (Quelle: Henkel AG & Co. KgaA)

Abb. 4.4

Beispielhafte Rezepturen pulverfÇrmiger Waschmittel im Vergleich.

4.3.2

Colorwaschmittel, flÅssig und gelfÇrmig

FlÅssige und gelfÇrmige Colorwaschmittel sind hnlich zusammengesetzt wie flÅssige Vollwaschmittel. Der Unterschied besteht im Wesentlichen in der Abwesenheit von optischen Aufhellern und der Anwesenheit von Verfrbungsinhibitoren (s. auch Kap. 5.6.1.2).

Im Vergleich mit pulverfÇrmigen Colorwaschmitteln liegen die Strken der flÅssigen und gelfÇrmigen Produkte beim Waschen von synthetischen Fasern

4.5 Feinwaschmittel

81
und fetthaltigen Anschmutzungen im Temperaturbereich unterhalb 60 hC. Vorteile haben flÅssige Colorwaschmittel gegenÅber zeolithhaltigen Pulverprodukten beim Waschen farbintensiver und dunkler bzw. schwarzer Textilien, dafÅr sind die pulverfÇrmigen Produkte bei der Fleckentfernung leistungsstrker.

4.4

Portionierte Waschmittel (Tabs und FlÅssig-Tabs)

Tabs und FlÅssig-Tabs zeichnen sich durch eine besonders leichte und bequeme Handhabung aus und ersparen das Abmessen und Portionieren des Waschmittels im Dosierbecher. Die Waschleistung der portionierten Produkte entspricht etwa denen der entsprechenden festen oder flÅssigen Voll- bzw. Colorwaschmittel. Durch die vorgegebene PortionsgrÇße ist man bei der Flexibilitt der Dosierung eingeschrnkt. Wer besonders genau dosieren mÇchte, przise differenziert nach Verschmutzung und Wasserhrte, wird zu den unportionierten Waschmitteln greifen.

Alle Waschmittel-Tabs enthalten ein Zerfallsmittel, das in Kontakt mit Wasser fÅr einen schnellen Zerfall und eine gute LÇslichkeit der Tablette sorgt. Je nach Art des Sprengmittels werden die Tabletten in die Dosierkammer oder direkt in die Waschtrommel der Waschmaschine gegeben (weitere Informationen
hierzu s. Kap. 5.6.10).

Zwei-Schichten-Tabs enthalten unterschiedliche Inhaltsstoffe in beiden Schichten. Sie bieten den Vorteil, dass empfindliche Rohstoffe, z. B. Enzyme, von ag-gressiven, z. B. dem Bleichmittel, separiert werden kÇnnen. Die Lagerfhigkeit und der Aktivittserhalt empfindlicher Rohstoffe werden dadurch verbessert.

FlÅssig-Tabs sind von einer wasserlÇslichen Folie aus Polyvinylalkohol umgeben.

Diese Folie lÇst sich bei Kontakt mit Wasser schnell auf. Der Wassergehalt des Waschmittels in der Folie darf deshalb nur gering sein und 12 % nicht Åberstei-gen. Als LÇsungsmittel fÅr FlÅssig-Tabs dient Propylenglykol. FlÅssig-Tabs mÅssen in die Waschtrommel gegeben werden, da der AuflÇseprozess in der EinspÅlkammer nicht schnell genug abluft.

4.5

Feinwaschmittel

Auch Feinwaschmittel, frÅher auch „Buntwaschmittel“ genannt, sind immer frei von Bleichmitteln und optischen Aufhellern. In der Farbschonung sind sie vergleichbar mit den Colorwaschmitteln, ihre Reinigungsleistung ist jedoch meist etwas geringer. Der Grund dafÅr ist die im Allgemeinen geringere Alkalitt der Feinwaschmittel, die zu einer schonenden Reinigung feiner Gewebe fÅhrt. Feinwaschmittel sind fÅr den Einsatz bei niedrigen Waschtemperaturen konzipiert.

Ihre Fhigkeit, einen sehr feinporigen Schaum zu bilden, schÅtzt besonders empfindliche Textilien vor strkeren mechanischen Belastungen bei der Wsche.

82

4 Warenkunde der Waschmittel

Feinwaschmittel werden sowohl pulverfÇrmig als auch flÅssig angeboten.

PulverfÇrmige Feinwaschmittel enthalten in der Regel Stellmittel (Natriumsulfat), die als Trgermaterial fÅr die Tenside dienen und fÅr die notwendige Rieselfhigkeit und Lagerstabilitt sorgen.

4.6

Spezialwaschmittel

Spezialwaschmittel sind Produkte, die auf ganz bestimmte Textilien oder ProblemlÇsungen zugeschnitten sind. Ihr konkreter Anwendungsbereich lsst sich hufig bereits am Namen des Produktes erkennen.

Auch hier gibt es sowohl pulverfÇrmige als auch flÅssige Produkte. Eine Vielzahl unterschiedlicher Rezepturen wird verwendet. FlÅssige Spezialwaschmittel haben schon eine lngere Tradition als die flÅssigen Vollwaschmittel. hnlich wie bei flÅssigen Vollwaschmitteln Åbernimmt in diesen Fllen hufig die Seife die Funktion eines Wasserenthrters. Es gibt aber auch flÅssige Spezialwaschmittel, die Åberwiegend oder ausschließlich wasserhrte-unempfindliche nichtionische Tenside enthalten. In diesem Fall sind dann keine weiteren Wasserenthrter oder GerÅststoffe notwendig, wenn unterhalb 60 hC gewaschen wird.

Manche Spezialwaschmittel enthalten besondere Schichtsilicate (Bentonite).

Bentonite, auch Walk- oder Fullererden genannt, sind natÅrlich vorkommende Schichtsilicate, die chemisch als Aluminiumhydrosilicate zu bezeichnen sind.

Sie werden schon seit Anfang dieses Jahrhunderts in einigen Wasch- und Reinigungsmitteln verwendet und besitzen einige aus waschtechnischer Sicht interessante Eigenschaften.

Aufgrund ihrer WasserunlÇslichkeit und ihres AdsorptionsvermÇgens lagern sich Bentonite in einer dÅnnen Schicht auf den Textilfasern ab, wirken dadurch glttend zwischen den Fasern und erzeugen einen milden weichmachenden Effekt. Weiterhin kÇnnen sie durch ihr AdsorptionsvermÇgen Schmutzanteile und Farbstoffe binden und weisen dadurch eine, wenn auch geringe vergrau-ungsinhibierende Wirkung auf. Dagegen besitzen Bentonite trotz ihrer Silicat-struktur keinen nennenswerten wasserenthrtenden Effekt.

Bei Wollwaschmitteln wird auf den Zusatz des Waschmittelenzyms Protease verzichtet. Sie eignen sind daher bestens fÅr alle Textilien aus Wolle. Durch eine hohe Schaumentwicklung reduzieren Wollwaschmittel die Reibungsbewegungen in der Waschmaschine und kÇnnen einer Verfilzung der WschestÅcke entgegen wirken. Wollwaschmittel sind immer pH-neutral eingestellt und entfalten schon bei 30 hC ihre volle Reinigungskraft.

Gardinenwaschmittel empfehlen sich insbesondere fÅr alle weißen Gardinen aus Mischgewebe und Synthetik. Ein hohes Schaumvolumen sorgt fÅr eine u-
ßerst schonende Reinigung der Gardinen in einem Temperaturbereich zwischen 30 hC und 40 hC. Gardinenwaschmittel sind alkalisch eingestellt. Sie enthalten sehr wirksame Vergrauungsinhibitoren, oft auch Bleichmittel und optische Aufheller.

Literatur

83

Handwaschmittel mit hoher Waschkraft sind fÅr die „Zwischendurch-Wsche“
entwickelt worden. Sie enthalten einen hohen Tensidanteil und oft auch Enzyme.

FÅr die Waschmaschine sind Handwaschmittel aufgrund einer starken Schaumentwicklung ungeeignet. Handwaschmittel fÅr unterwegs in besonders handli-chen Verpackungen werden als Reisewaschmittel bezeichnet.

4.7

Waschmittel mit Zusatznutzen

Seit Ende der 1990er Jahre gewinnen Waschmittel mit Zusatznutzen an Bedeutung. Diese Konzepte sind auf spezielle Anwendungsgebiete ausgerichtet. So gibt es beispielsweise Waschmittel speziell fÅr schwarze oder weiße Textilien, aber auch weitere Spezialitten: ParfÅmfreie Waschmittel, Duftintensiv-Waschmittel, Sensitiv-Waschmittel, ko-Waschmittel, BÅgelerleichterungswaschmittel, Hygiene-Waschmittel, UV-Schutz-Waschmittel, Waschmittel mit Geruchsabsorber, Daunen-Waschmittel, medizinische Waschmittel u. a.

Literatur

WeiterfÅhrende Literatur

1 Stiftung Warentest, Zeitschrift Test: Heft

Industrieverband KÇrperpflege- und Wasch-

02/2007 „Colorwaschmittel“; Heft 03/2009
mittel e. V. (IKW): Waschen und Geschirr-

„Vollwaschmittel“.

spÅlen. 2. Åberarbeitete Auflage, Frankfurt

2006.

Smulders, E.: Laundry Detergents. Wiley-VCH

Verlag, Weinheim 2002, Kapitel 4: House-
hold laundry products.

5.1 Tenside

85

5

Inhaltsstoffe von Waschmitteln

Waschmittel enthalten immer eine grÇßere Anzahl von Inhaltsstoffen, die eine unterschiedliche Funktion im Waschprozess erfÅllen. So sind in einem Vollwaschmittel Åber 20 verschiedene Rohstoffe bzw. Rohstoffgruppen zu finden.

Abbildung 5.1 zeigt alle wichtigen Inhaltsstoffe im berblick, in den folgenden Unterkapiteln werden sie im Einzelnen vorgestellt.

5.1

Tenside

Die Tenside sind die zentralen Inhaltsstoffe aller Waschmittel. Ihre Aufgabe ist die SchmutzablÇsung (PrimrwaschvermÇgen) und zusammen mit anderen

Hilfsstoffen die Verhinderung der Wiederablagerung des Schmutzes auf der Faser (SekundrwaschvermÇgen). Aufgrund ihrer großen Bedeutung werden sie in den Kapiteln 2 und 3 ausfÅhrlich vorgestellt. FÅr den Einsatz eines Tensids in Waschmitteln mÅssen die folgenden Eigenschaften erfÅllt sein:

x gutes Primr- und SekundrwaschvermÇgen;
x toxikologische Unbedenklichkeit;
x gute biologische Abbaubarkeit und Çkologische Vertrglichkeit;
x mÇglichst wenig empfindlich gegenÅber hartem Wasser;
x gute technische Eigenschaften: Verarbeitbarkeit, gÅnstiges Schaumverhalten u. a.;
x VerfÅgbarkeit zu Çkonomisch annehmbaren Bedingungen (gÅnstiger Preis).

Moderne Waschmittel enthalten immer Kombinationen aus mehreren Tensiden.

So gelingt es, eine gute SchmutzablÇsung und ein gutes SchmutztragevermÇgen Åber ein breites Spektrum der Anwendungen zu erhalten. Durch optimierte Tensidmischungen lsst sich weiterhin die Gesamtmenge an Tensiden bei gleicher Waschleistung deutlich reduzieren. Bewhrt hat sich die Kombination von anionischen mit nichtionischen Tensiden.

Nur wenige Tenside bzw. Tensidgruppen erfÅllen alle oben genannten Kriterien. Basistenside fÅr Waschmittel sind die linearen Alkylbenzolsulfonate (LAS) als Aniontenside und die Fettalkoholethoxylate (FAEO) als nichtionische Tenside.

Waschmittel. GÅnter Wagner

Copyright c 2010 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

ISBN: 978-3-527-32678-5

86

5 Inhaltsstoffe von Waschmitteln

Abb. 5.1

Waschmittelinhaltsstoffe im berblick.

5.1 Tenside

87

Sie finden seit vielen Jahren in Waschmitteln Verwendung, allerdings ist sowohl ihr Mischungsverhltnis als auch die chemische Zusammensetzung der FAEO
einer dauernden Vernderung unterworfen. Der Einsatz der Tenside wird regelmßig optimiert und den vernderten Waschgewohnheiten angepasst.

Seit Mitte der neunziger Jahre gewinnen Fettalkoholsulfate (FAS) insbesondere in Kombination mit LAS und FAEO eine gewisse Bedeutung. Diese Tensidkombination bietet neben gÅnstigen Çkologischen Eigenschaften auch technologische Vorteile (z. B. besseres KristallisationsvermÇgen) in der Herstellung von phosphatfreien Kompaktwaschmitteln.

Fettalkoholethersulfate (FAES) werden bevorzugt in flÅssigen Waschmitteln eingesetzt. Sie dienen dort u. a. auch zur Viskosittseinstellung flÅssiger Produkte. Durch den gestiegenen Marktanteil der FlÅssigwaschmittel hat ihre Bedeutung in den letzten Jahren stark zugenommen. Der Verbrauch ist in Deutschland von 34.000 Tonnen im Jahr 2003 auf 57.000 Tonnen im Jahr 2008 gestiegen.

Nach LAS sind FAES die mengenmßig wichtigsten anionischen Tenside fÅr Wasch- und Reinigungsmittel (vgl. Abb. 2.6).

Tenside auf Zuckerbasis (APG) sind aufgrund ihrer stark schumenden Eigenschaften zur Herstellung von Waschmitteln fÅr die Maschine wenig geeignet. Sie werden in einigen FlÅssigwaschmitteln eingesetzt sowie in Feinwaschmitteln fÅr die manuelle Anwendung.

Nahezu allen Waschmitteln werden in mehr oder weniger geringer Menge Seifen zugesetzt. PulverfÇrmige Waschmittel enthalten zur Schaumregulierung in geringer Menge (ca. 1 %) Seife von langkettigen Fettsuren (C16 bis C22). In flÅssigen Waschmitteln wird meist Seife aus Kokos- oder PalmkernÇl (vorwiegend C12
bis C14) eingesetzt. Die Seife dient hier nicht nur zur Schmutzentfernung, sondern sie bildet mit anwesenden Calcium-lonen schwerlÇsliche Salze, die Kalkseife. Diese Kalkseife wird durch die in hoher Konzentration vorliegenden nichtionischen Tenside in LÇsung gehalten (dispergiert). Seife hat also in flÅssigen Waschmitteln die Funktion eines Wasserenthrters Åbernommen. Darum ist ein hoher Tensidanteil von 30–50 % erforderlich, davon 5–20 % Seife. Aufgrund seiner besonders guten LÇslichkeit sowie Elektrolytvertrglichkeit wird in flÅssigen Waschmitteln anstatt LAS auch hufig Alkansulfonat (SAS) in Kombination mit FAEO sowie Seife eingesetzt.

Die Kaliumsalze und besonders die Alkanolaminsalze der anionischen Tenside, z. B. Seife und LAS, sind wesentlich besser lÇslich als die entsprechenden Natriumsalze. In flÅssigen Produkten werden deshalb hufig Tensidsalze der Alkanolamine verwendet, whrend in pulverfÇrmigen Produkten, auch aufgrund des besseren KristallisationsvermÇgens, die Natriumsalze zum Einsatz kommen.

Spezielle Tensidkombinationen

In manchen Fein- und Wollwaschmitteln werden in geringer Menge Fettsureethanolamide eingesetzt. Diese Additive zeigen keine tensidischen Eigenschaften, verbessern jedoch das SchmutztragevermÇgen im unteren Temperatur- sowie im

88

5 Inhaltsstoffe von Waschmitteln
pH-neutralen Bereich. Sie verbessern weiterhin die Griffigkeit der Textilien und sorgen fÅr einen stabilen Schaum in Wollwaschmitteln.

Auch Kombinationen von nichtionischen Tensiden mit kationischen Tensiden finden in einigen flÅssigen Wollwaschmitteln Verwendung. Man erreicht so einen weichen Wschegriff. Wolle und Synthesefasern fÅhlen sich angenehm flauschig an. Bei Synthesefasern werden elektrostatische Aufladungen verhindert.

Anionische Tenside dÅrfen in diesem Fall nicht angewendet werden, da sie mit kationischen Tensiden unlÇsliche Verbindungen bilden.

Ein Zusatz kleiner Mengen von speziellen Kationtensiden (I 1 %) verstrkt teilweise die Waschkraft von Waschmitteln, wenn nichtionische Tenside zugegen sind und das Aniontensid im deutlichen berschuss vorliegt (ternres Tensidsystem). Das spezielle Anion-/Kationtensidverhltnis schrnkt allerdings die Rezept-urmÇglichkeiten deutlich ein. Ein ternres Tensidsystem ist sowohl bei einigen Voll- als auch Fein- und Spezialwaschmitteln zu finden. Die hier erwhnten kationischen Tenside unterscheiden sich in ihrer Struktur von den WeichspÅler-wirkstoffen.

5.2

Enthrter (GerÅststoffe)

Eine unzureichende Wasserenthrtung beim Waschen macht sich durch ver-strkte Ablagerung anorganischer Verbindungen auf der Wsche (Inkrustation) bemerkbar, welche den Griff und die Saugfhigkeit der Wsche negativ beeinflusst und zur Vergrauung fÅhrt. Die Wsche verliert dadurch nach mehreren Waschgngen spÅrbar an Gebrauchswert. Des Weiteren kommt es bei hÇherer Temperatur zu Verkalkungen der Heizstbe der Waschmaschinen (Abb. 5.2).

So stellt die moderne Waschmittelchemie hohe Anforderungen an Wasserenthrter. Sie bestimmen entscheidend den Wascherfolg, unterliegen aber wegen ihres hohen Masseanteils besonderen Çkologischen Anforderungen.

Abb. 5.2

Heizstbe einer Waschmaschine.

Neu (unten), verkalkt (oben).

5.2 Enthrter (GerÅststoffe)

89

Der Begriff Enthrter stellt nur eine der vielen notwendigen Eigenschaften dieser Stoffklasse heraus. Richtiger ist es deshalb, diese Stoffe als GerÅststoffe oder Builder zu bezeichnen.

Moderne GerÅststoffe sollten mÇglichst alle der folgenden Kriterien erfÅllen: x Eliminierung der Erdalkalien aus dem Wasser, von Wscheschmutz, von Ablagerungen auf Textilien;
x Primrwaschwirkung, d. h. hohe spezifische Waschwirkung gegenÅber Pigmen-ten, Verbesserung der Tensideigenschaften, Dispergierung von Schmutz in Waschflotten;
x Sekundrwaschwirkung, d. h. gutes SchmutztragevermÇgen, Verhinderung von Inkrustation auf Textilien, Verhinderung von Ablagerungen in Waschmaschinen;
x gute technische Eigenschaften, d. h. chemische Bestndigkeit und Lagerstabilitt, keine Hygroskopizitt, technische Verarbeitbarkeit, einwandfreie Farb- und Ge-ruchsqualitten, Vertrglichkeit mit anderen Waschmittelinhaltsstoffen, gesi-cherte Rohstoffbasis;
x humantoxikologische Unbedenklichkeit;
x unbedenkliches Umweltverhalten, d. h. Eliminierbarkeit durch biologischen Abbau oder andere Mechanismen, keine negative Einwirkung auf biologische Systeme in Klranlagen und Oberflchengewssern, keine Eutrophierung, keine unkontrollierte Akkumulierung, keine Schwermetallremobilisierung, keine Beeintrchtigung der Trinkwasserqualitt;
x Wirtschaftlichkeit.

Die GerÅststoffe lassen sich entsprechend ihrer chemischen Wirkung in drei große Klassen einteilen: Fllungsenthrter, Komplexbildner und Ionenaustauscher.

Die ersten in modernen Waschmitteln verwendeten Enthrter waren Soda und Silikat (Fllungsenthrter). Dadurch wurden die im Wasser gelÇsten Calcium-Ionen als schwerlÇsliches Calciumcarbonat bzw. Calciumsilicat ausgefllt. Die Er-hÇhung des pH-Wertes erleichterte gleichzeitig die SchmutzablÇsung. Abbildung 5.3 zeigt die ablaufenden Reaktionen am Beispiel von Soda. Es handelt sich dabei um Gleichgewichtsreaktionen, so dass der Reaktionsverlauf von den Konzentrationen der beteiligten Partner abhngt.

Durch die Ausfllung des Calciumcarbonats wurde beim Waschen die Bildung von Kalkseife verhindert und die Reinigungswirkung der Seife erheblich verbessert. Beim anschließenden SpÅlen mit hartem (calciumhaltigen) Wasser wurden jedoch in Kontakt mit Seife und Soda schwerlÇsliche Calciumsalze gebildet, die sich auf der Wsche niederschlugen und zu einer starken Verkrustung fÅhrten.

In den 30er Jahren des letzten Jahrhunderts begann der Einsatz von Phosphaten als Waschmittel-GerÅststoffe – zunchst als Diphosphat, seit etwa 1946 trat Pentanatriumtriphosphat seinen Siegeszug in Pulverwaschmitteln an. Die Wirkung beruht auf der Komplexierung der Erdalkali- und anderer Metall-Ionen. Phosphate sind sehr wirksame und preisgÅnstige GerÅststoffe, tragen jedoch zur Eutrophierung von Gewssern bei (s. auch Kap. 9.7). Daher wurden sie seit 1980 in

90

5 Inhaltsstoffe von Waschmitteln

Abb. 5.3

Reaktionen von Natriumcarbonat in wssriger LÇsung.

Westeuropa zunehmend durch phosphatfreie Systeme, meist auf Basis von Zeolith, ersetzt. Zeolith wirkt durch Ionenaustausch und kann in Kombination mit Alkalien (Soda) und sogenannten Co-Buildern (meist Polycarboxylate) Phosphat vollstndig ersetzen. Seit 2002 sind auch zeolithfreie wasserlÇsliche Enthrtersysteme auf Soda/Silicat-Basis bzw. seit 2009 auf Trinatriumcitrat-Basis in Waschmitteln zu finden und gewinnen zunehmend an Bedeutung. Abbildung 5.4 zeigt die zeitliche Entwicklung der Waschmittel-GerÅststoffe in Deutschland.

Weltweit betrachtet ist die Entwicklung der Enthrtersysteme nicht einheitlich verlaufen. Es finden heute alle hier vorgestellten Enthrtersysteme Verwendung.

DafÅr gibt es mehrere GrÅnde [1]:

x Die lokale Gesetzgebung in den einzelnen Lndern und Weltregionen (In einigen Lndern gibt es Phosphatbeschrnkungen oder -verbote, in anderen Lndern, z. B. gypten und im Nahen und Mittleren Osten, sind dagegen Mindest-gehalte fÅr Phosphat vorgeschrieben);
x Umweltsituation (BevÇlkerungsdichte, Beschaffenheit der Oberflchengewsser) und Umweltbewusstsein;
x Waschbedingungen und –gewohnheiten;
x VerfÅgbarkeit und Kosten der Enthrterkomponenten.

Abb. 5.4

Zeitliche Entwicklung der Waschmittelenthrter fÅr Pulverwaschmittel in Deutschland.

5.2 Enthrter (GerÅststoffe)

91

Abb. 5.5

Enthrtersysteme im weltweiten Vergleich (Quelle: Henkel AG & Co. KGaA).

Zeolithhaltige Waschmittel haben sich bisher Åberwiegend in Mittel- und Nordeuropa, Nordamerika, SÅdkorea und Japan durchgesetzt. In Teilen SÅd- und Osteuropas sind auch weiterhin noch phosphathaltige Waschmittel vertreten (vgl.

Kap. 8.3). Weltweit gesehen sind Phosphate immer noch die dominierenden Ge-rÅststoffe in vielen Teilen Osteuropas, in SÅdamerika, Afrika, Australien und vielen Teilen Asiens. FÅr sehr preiswerte Produkte wird oft allein Soda als Enthrter verwendet, z. B. in Indien, wo noch Åberwiegend mit Seife und von Hand gewaschen wird. Abbildung 5.5 zeigt die Verbreitung der verschiedenen GerÅststoffe im weltweiten Vergleich.

5.2.1

Pentanatriumtriphosphat

Beim LÇsen in Wasser dissoziiert Pentanatriumtriphosphat, auch Natriumtripolyphosphat (NTPP) genannt, in ein fÅnffach negativ geladenes Triphosphat-Anion und Natrium-Kationen. Liegt das Triphosphat-Anion im berschuss vor, bildet es mit Erdalkali-Ionen, im begrenzten Umfang auch mit Schwermetall-Ionen, in Wasser leichtlÇsliche und stabile Chelatkomplexe1) im Stoffmengenverhltnis 1:1 (Abb. 5.6).

1) Liganden, die mehr als ein freies Elektro-

Elektronenpaare genÅgend weit auseinander
nenpaar besitzen, wie z. B. Triphosphat,
liegen. Es entstehen dadurch ring- oder
kÇnnen gleichzeitig mehrere Bindungen mit
scherenfÇrmige, besonders stabile Chelat-
einem Zentralatom eingehen, wenn die
komplexe (griech.: chele = Krebsschere).

92

5 Inhaltsstoffe von Waschmitteln

Abb. 5.6

Bindung von Calcium-Ionen durch Komplexbildung mit dem Triphosphat-Anion.

Bei einem berschuss von Calcium-Ionen kÇnnen sich schwerlÇsliche Cal-ciumphosphate bilden, die zu Ablagerungen auf den Textilien fÅhren. Die Phos-phatkonzentration in der Waschlauge muss daher immer hinreichend hoch sein.

Wird der Phosphatanteil im Waschmittel verringert, kann durch Zusatz von Polycarboxylaten oder anderen Co-Buildern die Ausfllung schwerlÇslicher Calciumsalze verhindert werden.

Zustzlich zur wirksamen Enthrtung von Calcium- und Magnesium-Ionen
entfaltet das Triphosphat-Ion noch eine Reihe weiterer gÅnstiger Eigenschaften beim Waschprozess:

x Der pH-Wert liegt bei etwa 9,5 und damit im waschtechnisch gÅnstigen Bereich.

x Das negativ geladene Triphosphat-Anion wird an elektrostatisch geladenen Schmutzteilchen und an der Faser adsorbiert und verstrkt die negative Ladung. Dadurch verhindert Pentanatriumtriphosphat die Wiederablagerung von Schmutz. Die Waschwirkung von Pentanatriumtriphosphat ist bei polarem Pigmentschmutz grÇßer als die der Tenside.

x Das Triphosphat-Anion ist in der Lage, Calcium-Ionen durch Komplexbildung aus dem Schmutz herauszulÇsen. Dadurch wird der Schmutz „aufgelockert“
und eine SchmutzablÇsung insgesamt erleichtert.

x Pentanatriumtriphosphat hat eine adsorptionsverdrngende Wirkung, d. h., es erleichtert die AusspÅlbarkeit der anionischen Tenside mit dem letzten SpÅlwasser und verhindert dadurch mÇgliche Tensidreste auf der Wsche.

Die aufgefÅhrten Eigenschaften lassen die Vorteile von Pentanatriumtriphosphat und ihre Bedeutung in modernen Waschmitteln erkennen. Entsprechend schwierig gestaltete sich die Suche nach Ersatzstoffen.

5.2.2

Zeolithe

Als Zeolithe2) bezeichnet man Natriumaluminiumsilicate unterschiedlicher Zusammensetzung mit der allgemeinen Formel NaxAlySiO2. Sie werden in der Natur gefunden oder synthetisch hergestellt. Strukturell einheitliche Produkte hoher Qualitt sind immer synthetischen Ursprungs. Man unterscheidet dabei je nach dem Aufbau der Kristalle Zeolith A, Zeolith P und andere Typen.

2) Ihr Entdecker, A. F: Cronstedt (1722–1765),
weil sich wasserhaltige Alkalialuminosilicate
gab ihnen den Namen Zeolith nach dem
beim Erhitzen aufblhten und so das Bild
griechischen Wort fÅr „siedender Stein“,
eines „siedenden Steines“ abgaben.

5.2 Enthrter (GerÅststoffe)

93

Abb. 5.7

Zeolith A als rasterelektronen-
mikroskopische Aufnahme.

Da alle Zeolithe wasserunlÇslich sind, wurde eine Verwendung in Waschmitteln bis Ende der sechziger Jahre nicht ernsthaft in Erwgung gezogen. Erst die systematische Suche nach Phosphatersatzstoffen brachte Fortschritte auf diesem Gebiet. Es gelang, Zeolithe von sehr kleiner, dabei aber einheitlicher Korn-grÇße herzustellen. Dieser Typ wurde Zeolith A (Markenname Sasilr) genannt.

Er besteht aus Kristallen wÅrfelfÇrmiger Struktur mit abgerundeten Ecken (Abb. 5.7).

Der mittlere Durchmesser der Zeolith-Teilchen liegt bei nur etwa 4 mm. Dadurch wird die Faser geschont. Ablagerungen auf der Wsche und in der Waschmaschine sind in Verbindung mit geeigneten Zusatzstoffen sehr gering.

Zeolith A hat einen charakteristischen Kristallaufbau (Abb. 5.8).

Das GrundgerÅst besteht aus SiO4-Tetraedern. Durch eine geeignete Synthese-methode gelingt es, etwa jedes zweite Silicium-Atom im Kristall durch Aluminium-Ionen (Al3+) zu ersetzen. Daraus resultiert im Mittel ein berschuss an negativer Ladung, der durch Natrium ausgeglichen wird. Die Ionen des Siliciums, Aluminiums und Sauerstoffs sind ortsfest im Kristallgitter eingebunden. Durch Abb. 5.8

Rumliche Darstellung der

Kristallstruktur von Zeolith A.

94

5 Inhaltsstoffe von Waschmitteln

Abb. 5.9

Calciumbindung durch Ionen-
austausch im Zeolith A.

ihre rumliche Struktur bilden sie kleine Hohlrume, die im Zeolith A einen Durchmesser von 0,42 nm haben, also in der GrÇßenordnung der Ionendurchmesser von AIkali- und Erdalkali-Ionen liegen. Die Natrium-Ionen in diesen Hohlrumen sind frei beweglich und kÇnnen in wssriger LÇsung gegen andere Ionen mit einem hnlichen Ionendurchmesser ausgetauscht werden. Calcium-Ionen lagern sich wegen ihrer zweifach positiven Ladung und ihrer mit Natrium-Ionen vergleichbaren GrÇße bevorzugt im Zeolith-Gitter ein (Abb. 5.9).

Die bedeutend kleineren Magnesium-Ionen bilden im Vergleich zu Calcium-Ionen in wssriger LÇsung eine grÇßere und festere HydrathÅlle. Die hydratisierten Magnesium-Ionen sind dadurch insgesamt grÇßer als die entsprechenden Calcium-Ionen und kÇnnen nicht in gleicher Weise wie Calcium-Ionen in das Zeolith-Gitter eingelagert werden. Zeolith A hat also im gewissen Maße ein selektives CalciumbindevermÇgen. Aufgrund der grÇßeren Ionenbeweglichkeit nimmt mit steigender Temperatur die Ionenaustauschgeschwindigkeit zu. Das CalciumbindevermÇgen steigt ebenfalls mit der Temperatur an.

Zum Ionenaustausch mÅssen die mehrwertigen Kationen in die inneren Hohlrume des Zeoliths hineindiffundieren, ein vergleichsweise langsamer Vorgang, so dass beim Waschen Fllungsreaktionen von Calcium- und Magnesium-Ionen, die zur Ablagerung auf dem Gewebe fÅhren, trotz Anwesenheit von Zeolith A mÇglich sind.

Neben Zeolith A wird seit 1994 in einigen Waschmitteln das strukturell hnliche Zeolith P eingesetzt. Zeolith P zeichnet sich gegenÅber Zeolith A durch eine schnellere Ionenaustauschkinetik aus, der Zusatz von Co-Buildern (s. unten) lsst sich dadurch reduzieren. Zeolith P zeigt gegenÅber Zeolith A Vorteile in einigen technischen Eigenschaften, so besitzt es ein hÇheres AufnahmevermÇgen fÅr Tenside. Nachteilig wirkt sich der hÇhere Preis aus.

In phosphatfreien Waschmitteln nehmen verschiedene Komponenten mit unterschiedlichen Leistungsschwerpunkten die Aufgaben als GerÅststoffe wahr. So kann Phosphat nicht durch Zeolith oder Soda allein ersetzt werden, es werden in jedem Fall Mischungen verschiedener Enthrterbestandteile benÇtigt, um die volle Leistung zu erzielen (Abb. 5.10). Als Alkalibildner werden Natriumcarbonat oder Natriumsilicat zugesetzt, als sogenannte Co-Builder wirken Polycarboxylate (s. Kap. 5.2.4).

Zeolith-basierte Builder haben gegenÅber Phosphat den Vorteil, dass deren Waschleistung wesentlich weniger hrteabhngig ist. Hervorzuheben ist auch, dass Zeolith A aufgrund seiner Stabilitt und guten Trgereigenschaften fÅr Tenside die Entwicklung von Kompaktwaschmitteln erleichtert hat.

5.2 Enthrter (GerÅststoffe)

95

Abb. 5.10

Vergleich wichtiger Enthrtersysteme.

5.2.3

Spezielle Silicate

Bei Zeolithen kann sich ihre UnlÇslichkeit nachteilig auswirken, z. B. durch sichtbare weiße RÅckstnde nach dem Waschen auf dunkel gefrbten Textilien. Diese RÅckstnde treten u. U. dann auf, wenn ein pulverfÇrmiges Waschmittel hÇher dosiert wird und wenn Waschprogramme mit extrem niedrigen Wasserverbruchen verwendet werden. Die RÅckstnde lassen sich leicht ausbÅrsten, sind aber grundstzlich unerwÅnscht. Seit einigen Jahren werden daher Enthrtersysteme auf Basis von wasserlÇslichen Silicaten entwickelt.

Amorphe und kristalline Natriumsilicate

Die Suche nach alternativen Waschmittelenthrtern fÅhrte Ende der achtziger Jahre zur Entwicklung synthetischer kristalliner und amorpher Silicate. Der bedeutendste kristalline Vertreter ist ein kristallwasserfreies d-Natriumdisilicat d-Na2Si205, Markenname SKS-6. Es ist ein in Wasser lÇsliches kristallines Schichtsilicat mit Schichten aus SiO4-Tetraedern. Zwischen den Schichten befinden sich Natrium-Ionen, die in wssriger LÇsung gegen Calcium- oder Magnesium-Ionen ausgetauscht werden kÇnnen. Dieser Ionenaustausch findet statt, bevor sich die Schichtsilicate vollstndig aufgelÇst haben. Dadurch bilden sich schwerlÇsliche, feinverteilte Calcium- und Magnesiumsilicate, die aufgrund ihrer kleinen TeilchengrÇße gut in der Waschflotte suspendiert werden und sich nicht auf den Textilien ablagern. Ein weiterer Teil des SKS-6 lÇst sich auf, wirkt wie eine Wasser-glaslÇsung und sorgt fÅr die nÇtige Alkalitt und den Korrosionsschutz. Soweit sie nicht bereits in der Waschlauge entfernt wurden, lÇsen sich Calcium- und Magnesiumsilicate beim SpÅlvorgang in der Waschmaschine langsam auf,

96

5 Inhaltsstoffe von Waschmitteln
wenn der pH-Wert in den neutralen Bereich sinkt. hnlich, wenn auch im einzelnen mit komplexen AuflÇsungs- und Fllungskinetiken, wirken amorphe Natriumsilikate. Amorphe und kristalline Silicate kÇnnen Zeolith A oder Zeolith P im Waschmittel ganz oder teilweise ersetzen.

Enthrtersysteme auf Basis von Soda und Silicat

Die Soda/Silicat-Builder wirken durch die Ausfllung von Erdalkali-Ionen. Dabei ist es wichtig, dass ausgeflltes Calciumcarbonat ebenso wie Calcium-Magnesium-Silikate in der Waschflotte fein verteilt bleiben und keine kristallinen Strukturen bilden kÇnnen, die dann zu Inkrustationen und RÅckstnden auf der W-
sche oder in Waschmaschinen fÅhren wÅrden. Mit den heute bekannten Polycarboxylaten oder auch Phosphonaten lassen sich solche Inkrustationen wirksam vermeiden. Polycarboxylate komplexieren nicht nur selber Erdalkali-Ionen, sondern verhindern auch das Wachstum von Kalkkristallen und stabilisieren so die ausgefllte Wasserhrte ebenso wie abgelÇste Schmutzteilchen in der Waschflotte.

Dadurch wird die Sekundrleistung des Enthrtersystems deutlich erhÇht.

Bei einem genÅgend hohen Anteil von Polycarboxylaten kann ganz auf Zeolith verzichtet werden [2]. Seit 2002 werden zeolithfreie Enthrtersysteme auf Basis von Soda/Silicat in europischen Waschmitteln eingesetzt. Seitdem haben diese Enthrtersysteme in Europa und auch in Deutschland stark an Bedeutung gewonnen. Diese Enthrtersysteme bieten Vorteile durch ihre gute und schnelle WasserlÇslichkeit und kÇnnen preisgÅnstig hergestellt werden. Die Entwicklung sehr gut lÇslicher pulverfÇrmiger Waschmittel wird begÅnstigt durch Trends wie der Zunahme dunkelbunter Textilien, der Verringerung des Wasserverbrauchs bei Waschmaschinen und kÅrzeren Waschzeiten.

5.2.4

Citronensure und Citrate

Citronensure und ihre Salze, die Citrate, (s. Abb. unten) weisen nur im unteren Temperaturbereich (I 60 hC) ein befriedigendes CalciumbindevermÇgen auf. Dieser Aspekt verliert allerdings bei den heutigen Waschtemperaturen zunehmend an Bedeutung. Weitere erforderliche Enthrtereigenschaften – Umweltvertrglichkeit, technische Verarbeitbarkeit, Lagerstabilitt und Wirtschaftlichkeit – werden von Citraten durchaus erfÅllt. Sie werden seit vielen Jahren in Verbindung mit Zeolith A als Co-Builder in pulverfÇrmigen Waschmitteln eingesetzt, insbe-

5.2 Enthrter (GerÅststoffe)

97
sondere in Colorwaschmitteln. Citrate werden auch in vielen FlÅssigwaschmitteln verwendet. Durch die Komplexierung von Erdalkali-Ionen verringern sie die Bildung von Kalkseife.

BegÅnstigt durch den Trend zu niedrigeren Waschtemperaturen wurde 2009
das erste Vollwaschmittel auf Basis von Trinatriumcitrat im deutschen Markt eingefÅhrt. Es erfÅllt die strengen Kriterien des europischen Umweltzeichens. Die Citronensure bzw. deren Salz ist als nachwachsender Rohstoff und durch die sehr gute WasserlÇslichkeit sowie physiologische Unbedenklichkeit hervorragend fÅr den Einsatz in Waschmitteln geeignet. Problematisch ist jedoch die starke Abnahme des CalciumbindevermÇgens bei Temperaturen oberhalb 60 hC sowie der hohe Preis. Außerdem sind Waschpulver mit hohen Anteilen kristallinen Materials schwierig in fÅr den Verbraucher gewohnter Konsistenz zu formulieren.

5.2.5

Polycarboxylate

Als Polycarboxylate bezeichnet man allgemein die wasserlÇslichen Salze von langkettigen Polycarbonsuren. Das wichtigste in Waschmitteln eingesetzte Polycarboxylat ist ein Copolymer aus Acrylsure und Maleinsure (Abb. 5.11).

Polycarboxylate sind heute fester Bestandteil phosphatfreier Enthrtersysteme und werden deshalb auch als Co-Builder bezeichnet. Sie verhindern das Kristall-wachstum schwerlÇslicher Erdalkalisalze, indem sie den Kristallisationsprozess durch Adsorption an Kristallisationskeimen stÇren (Abb. 5.12).

Die Kristalle kÇnnen somit whrend des Waschvorganges nicht wachsen. Ein Niederschlag auf der Wsche oder den Heizstben der Waschmaschine wird dadurch vermieden. DarÅber hinaus haben Polycarboxylate weitere gÅnstige Eigenschaften beim Waschprozess [3]:

Abb. 5.11

Strukturformeln ausgewhlter

Co-Builder.

98

5 Inhaltsstoffe von Waschmitteln

Abb. 5.12

Wirkungsweise von Polycarboxylaten (Quelle: BASF AG).

x Sie wirken als Komplexbildner fÅr Calcium-Ionen und erleichtern dadurch die SchmutzablÇsung von calciumhaltigen Verschmutzungen.

x Sie sind sehr wirksame Vergrauungsinhibitoren, verringern Ablagerungen auf den Textilfasern insgesamt und erhalten die Farbbrillanz der Wsche (Abb.

5.13).

Aufgrund der schlechten biologischen Abbaubarkeit wird intensiv an besser abbaubaren Ersatzstoffen fÅr Polycarboxylate gearbeitet. Entwickelt wurden z. B.

Polyasparaginsuren (Abb. 5.11), Copolymere aus Acrolein und Vinylacetat oder Produkte auf Basis von Strke. Diese Ersatzstoffe haben sich aber bisher noch nicht durchsetzen kÇnnen und finden aktuell nur in Nischenprodukten ihren Einsatz.

5.2 Enthrter (GerÅststoffe)

99

Abb. 5.13

Wirkung von Polycarboxylaten als Vergrauungsinhibitoren (rasterelektronen-mikroskopische Aufnahme von Baumwollgewebe) (Quelle: BASF AG).

5.2.6

Nitrilotriessigsure und deren Salze (NTA)

Nitrilotriacetat (NTA), das Trinatriumsalz der Nitrilotriessigsure (s. Abb. unten) wurde aufgrund seiner Wirtschaftlichkeit und seiner waschtechnischen Eigenschaften einige Zeit als Phosphatersatzstoff favorisiert und kann Waschmittelphosphate ohne weitere Zustze ersetzen. In Kombination mit Zeolith A sind zur Herstellung phosphatfreier Waschmittel vergleichsweise geringe Mengen NTA ausreichend. Die Çkologische Unbedenklichkeit von NTA ist im Lauf der Jahre nachgewiesen worden, dennoch werden Nitrilotriessigsure und ihre Salze, auch aufgrund des Verdachtes auf carcinogene Wirkung, in Deutschland nicht in Waschmitteln eingesetzt.

Die zu den Komplexbildnern gehÇrenden Phosphonate verhindern hnlich wie Polycarboxylate das Wachstum schwerlÇslicher Kristalle, werden aber in erster Linie als Stabilisatoren fÅr empfindliche Inhaltsstoffe (Bleichmittel und Enzyme) eingesetzt. Sie werden deshalb im Kapitel 5.6.3 nher vorgestellt.

100

5 Inhaltsstoffe von Waschmitteln

5.3

Waschalkalien und pH-Wert

FÅr eine gute Schmutzentfernung ist ein mÇglichst hoher pH-Wert der Waschflotte erforderlich. Ein alkalischer pH-Wert hat mehrere Funktionen beim Waschen:

x Hydroxyl-Ionen (OH–) werden an Oberflchen adsorbiert. Dadurch entsteht eine leicht negative Aufladung von Schmutz und Faser, die eine SchmutzablÇ-
sung erleichtert.

x Kohlenhydrate und Proteine quellen in alkalischer LÇsung auf und lassen sich dadurch leichter von den Textilien entfernen.

x Fette und le werden durch Alkalien zumindest teilweise in Fettsure-Anionen (Seife) und Glycerin gespalten. Auch das erleichtert die SchmutzablÇsung.

x Die Wirksamkeit der sauerstoffhaltigen Bleichmittel wird erhÇht.

bliche Vollwaschmittel weisen deshalb in der Waschlauge (gemessen als 1%ige LÇsung) einen pH-Wert von 10 bis 11 auf. Bei einzelnen Produkten kann der pH-Wert auch geringer sein (pH-Bereich 8 bis 10). Ein hÇherer pH-Wert ist aus GrÅnden der begrenzten Alkali-Stabilitt der Enzyme, der Verbrauchersicherheit und der Textilschonung nicht zweckmßig. Die notwendige Alkalitt des Waschmittels kann erreicht werden durch
x die verwendeten Enthrter (Natriumtriphosphat, kristalline Schichtsilikate); x alkalische Bleichmittel (z. B. Natriumpercarbonat);
x Zusatz von Waschalkalien (z. B. Soda).

Wird Zeolith A als Enthrterbasis verwendet, so ist ein Zusatz von Waschalkalien notwendig. blicherweise wird dafÅr Natriumcarbonat (Soda) verwendet. DarÅ-
ber hinaus unterstÅtzt Soda die wasserenthrtende Wirkung von Zeolith A durch Ausfllung von Calcium-lonen aus der Waschlauge. Die Bildung grÇßerer Kristalle und eine Ablagerung schwerlÇslicher Salze auf dem Gewebe werden durch zugesetzte PoIycarboxylate (Kap. 5.2.4) wirksam verhindert. Zudem verbessert Soda die Granulierungseigenschaften pulverfÇrmiger Waschmittel. Neben Soda kann auch Natriumsilicat als Alkalitrger in Waschmitteln wirken.

Whrend Voll- und Colorwaschmittel die hÇchste Alkalitt aufweisen (im pH-Bereich zwischen 9 und 11), besitzen Feinwaschmittel eine deutlich geringere Alkalitt. Die Wsche wird dadurch geschont, allerdings sinkt die Waschleistung ab.

Als Alkalitrger in Feinwaschmitteln findet neben Soda auch das geringer alkalische Natriumhydrogencarbonat Verwendung. Die Alkalitt der verschiedenen Spezialwaschmittel richtet sich nach dem Verwendungszweck. Wollwaschmittel sind weitgehend pH-neutral eingestellt, Gardinenwaschmittel sind aus Leistungs-grÅnden hnlich alkalisch wie Vollwaschmittel.

5.4 Bleichsysteme

101

5.4

Bleichsysteme

Unter Bleiche versteht im weitesten Sinne jede Farbvernderung eines KÇrpers nach helleren Farben hin. Auf den Waschprozess Åbertragen bedeutet dies die Entfernung farbiger Anschmutzungen von den Textilien. Bestimmte farbige Verschmutzungen kÇnnen ußerst fest auf der Textilfaser haften und fÅhren schon in sehr geringer Menge zu deutlich sichtbaren Flecken. Derartige Flecken lassen sich mit Tensidbehandlung allein nicht mehr entfernen. Zu solchen besonders hartnckig haftenden Substanzen zhlen u. a.:

x rote bis blaue Anthocyanfarbstoffe aus Kirschen, Heidelbeeren;
x rotes Betanidin der roten Beete;
x orangerote Carotinoide der MÇhre und Tomate;
x gelbe Curcumafarbstoffe aus Curry und Senf;
x braune Gerbstoffe von Tee, Obst und Rotwein;
x tiefbraune Huminsuren aus Kaffee, Tee und Kakao;
x grÅnes Chlorophyll;
x technische Farbstoffe aus Kosmetika, Farbstiften und Tinten.

Allen hier genannten Farbstoffen gemeinsam ist ein ausgedehntes System von konjugierten Doppelbindungen. In Abb. 5.14 ist eine kleine Auswahl von Natur-farbstoffen zusammengestellt.

Zur Entfernung der genannten Verschmutzungen hat sich beim Waschen die oxidative Bleiche bewhrt. Die Struktur des Farbstoffes wird dabei durch ein starkes Oxidationsmittel zerstÇrt. Die konjugierten Doppelbindungen, die fÅr die Absorption von sichtbarem Licht und damit fÅr die Farbgebung verantwortlich sind, werden gespalten oder hydroxyliert. Der Farbstoff verliert seine farbgebenden Eigenschaften und die starke Faserhaftung. Gleichzeitig wird die WasserlÇslichkeit erhÇht.

Alle Bleichmittel haben noch eine weitere wichtige Aufgabe beim Waschen.

Durch ihre stark oxidierende Wirkung sind sie in der Lage, Bakterien und andere Mikroorganismen abzutÇten. Sie tragen deshalb zu einer deutlichen Verminderung der Keimzahl und damit zu einer wirksamen Wschehygiene bei.

Noch bis Anfang des 20. Jahrhunderts war die Rasenbleiche Åblich zum Auf-hellen der damals Åberwiegend weißen Wsche (s. Abb. 8.4). Die Rasenbleiche ist eine Form der Fotobleiche und das Oxidationsmittel ist dabei aktivierter Sauerstoff („Singulett-Sauerstoff “ 1O2). Dieser bildet sich beim Bestrahlen der Wsche mit Sonnenlicht – insbesondere dem UV-Anteil des Lichts – in Gegenwart von Wasser und Chlorophyll als Katalysator. Deshalb wurde die Wsche angefeuchtet.

In einigen Lndern der Welt ist auch heute die Rasenbleiche noch Åblich.

1898 wurde Natriumperborat entdeckt, welches in Wasser gelÇst Wasserstoffperoxid freisetzt. 1907 wurde Natriumperborat zum ersten Mal in einem Waschmittel (Persil) eingesetzt, damals ein wichtiger Fortschritt, da es die Frauen, die ja fast ausschließlich fÅr das Wschewaschen zustndig waren, von der mÅhsamen Rasenbleiche befreite.

102

5 Inhaltsstoffe von Waschmitteln

Abb. 5.14

Strukturformeln ausgewhlter Naturfarbstoffe.

Weltweit gesehen haben sich zwei Formen der oxidativen Bleiche durchgesetzt, die Sauerstoffbleiche mit Natriumperborat oder Natriumpercarbonat und die Chlorbleiche mit Natriumhypochlorit. Die Chlorbleiche ist besonders in Lndern mit Åberwiegend niedrigen Waschtemperaturen verbreitet, z. B. Japan, SÅdamerika oder Teilen SÅdeuropas, weil sie schon ab 20 hC sehr wirksam ist.

Die in Europa Åblichen Bleichsysteme auf Sauerstoffbasis bestehen heute aus mehreren Funktionsbausteinen, den eigentlichen Bleichmitteln, den Bleichaktivatoren und den Stabilisatoren (s. Kap. 5.6.3).

5.4 Bleichsysteme

103

5.4.1

Bleichmittel auf Sauerstoffbasis

Natriumperborat

Natriumperborat existiert in zwei unterschiedlichen Formen:

x Natriumperborat-Tetrahydrat Na

.

2B2H4O8

6 H2O;
x Natriumperborat-Monohydrat Na2B2H4O8

Die auch heute noch Åblichen Bezeichnungen „Tetrahydrat“ und „Monohydrat“
sind fachlich eigentlich nicht korrekt und aus der historischen Schreibweise NaBO .

.

3

4 H2O (Tetrahydrat) und NaBO3 H2O (Monohydrat) entstanden. (In l-
teren BÅchern ist fÅr das Tetrahydrat noch die heute unÅbliche Bezeichnung als Natriumperborat-Trihydrat in der Schreibweise NaBO .

.

2

H2O2 3 H2O zu finden.)

Das Tetrahydrat ist preiswerter, das Monohydrat zeigt ein besseres LÇslichkeits-verhalten, eine bessere Lagerstabilitt und besitzt einen hÇheren Peroxidanteil (Abb. 5.15).

Natriumperborat wird in Europa seit der Einstufung von Borverbindungen als „reproduktionstoxisch, Kategorie 2“ kaum noch verwendet und wird durch die verschrften Anforderungen der Europischen Chemikaliengesetzgebung (REACH) an Stoffe, die ein cancerogenes, mutagenes oder reproduktionstoxisches Potential haben, in absehbarer Zeit vom Markt vÇllig verschwinden. 2002
wurden noch Åber 30.000 Tonnen Perborat in Wasch- und Reinigungsmitteln verwendet, 2008 waren es noch rund 100 Tonnen.

Abb. 5.15

Formeln und Eigenschaften wichtiger sauerstoffhaltiger Bleichmittel.

104

5 Inhaltsstoffe von Waschmitteln

Natriumpercarbonat

Die Bleichwirkung von Natriumpercarbonat Na

.

2CO3

1,5 H2O2 ist vergleichbar mit
der von Perborat (Abb. 5.15). Im Gegensatz zu Perborat handelt es sich bei Percarbonat um ein Peroxyhydrat, eine Anlagerungsverbindung von Wasserstoffperoxid. Beim AuflÇsen in Wasser zerfllt Natriumpercarbonat unter Bildung von Wasserstoffperoxid. Dabei bildet sich Natriumcarbonat (Soda), so dass Natriumpercarbonat im Waschmittel multifunktionell wirkt – gleichzeitig als Bleichmittel und Enthrterbestandteil.

In den letzten Jahren sind die Waschmittel aus Umwelt- und GesundheitsgrÅnden zumindest in Europa vollstndig von Perborat auf Percarbonat umgestellt worden. Zur Erreichung einer guten Lagerstabilitt im Waschmittel wird granu-liertes bzw. kristallisiertes Natriumpercarbonat eingesetzt, das zustzlich be-schichtet ist, z. B. mit Natriumcarbonat, Natriumsulfat oder unter Verwendung von Stabilisatoren auf Bor- und/oder Silicatbasis.

Wasserstoffperoxid

Wegen der geringen Lagerstabilitt kann Wasserstoffperoxid nicht direkt, sondern nur in Form von Perborat oder Percarbonat in Pulverwaschmitteln eingesetzt werden. Seit einiger Zeit gibt es aber sogenannte „Milde Bleichen“ als flÅssige Waschhilfsmittel, die Wasserstoffperoxid als Bleichkomponente enthalten (s.

auch Kap. 6.1). Die Stabilisierung wird durch Komplexbildner und einen schwach sauren pH-Wert (pH z 3,5) erreicht.

Mechanismus der Peroxidbleiche

In Wasser zerfallen Natriumperborat und Natriumpercarbonat unter Bildung von Wasserstoffperoxid (Abb. 5.16).

Die Bleichwirkung von Wasserstoffperoxid ist stark temperatur- und pH-abhngig. Unterhalb von 60 hC ist die Bleichwirkung gering. In saurer oder neutraler LÇsung besitzt Wasserstoffperoxid kein ausreichendes BleichvermÇgen, das Maximum der Bleichwirkung wird bei pH = 10 bis 11 erreicht.

Der genaue Mechanismus des Bleichvorganges ist bis heute noch nicht in allen Einzelheiten aufgeklrt, ebenso welche aktiven Teilchen im Einzelnen fÅr die Oxi-dationsvorgnge verantwortlich sind [4–9]. Die Bleichwirkung beruht vermutlich auf der in Abb. 5.17 gezeigten Umsetzung.

Das gebildete Perhydroxyl-Radikal und das zugehÇrige Anion („Superoxid“) bieten zumindest nherungsweise eine gute Erklrung fÅr den Ablauf der chemischen Reaktionen bei der Bleiche, besonders unter BerÅcksichtigung der pH-Ab-hngigkeit mit dem Maximum der Bleichwirkung bei pH = 10 bis 11. Die Bildung von atomarem Sauerstoff O konnte unter Bleichbedingungen bisher
nicht nachgewiesen werden und ist thermodynamisch eher unwahrscheinlich, da sich atomarer Sauerstoff nur in einer endothermen Reaktion aus dem Zerfall von Wasserstoffperoxid bilden kann.

Das Perhydroxyl-Radikal und das zugehÇrige Anion („Superoxid“) greifen Doppelbindungen oxidativ an unter Bildung von Hydroxy-Verbindungen und anderen Oxidationsprodukten. Es bilden sich farblose und gut wasserlÇsliche Fragmente

5.4 Bleichsysteme

105

Abb. 5.16

Bildung von H2O2 aus Natriumperborat (a) bzw. Natriumpercarbonat (b) in wssriger LÇsung.

Abb. 5.17

Mechanismus der Bleichwirkung von Wasserstoffperoxid – Bildung von bleichaktiven Teilchen.

der Farbstoffe (Abb. 5.18), die optisch nicht mehr in Erscheinung treten und sich leicht aus den Textilien auswaschen lassen. Da auch einige Textilfarbstoffe durch Oxidationsreaktionen angegriffen werden kÇnnen, sollten zumindest strker ge-frbte Textilien nur in Ausnahmefllen mit einem bleichmittelhaltigen Waschmittel gewaschen werden, z. B. bei strkerer Verschmutzung.

106

5 Inhaltsstoffe von Waschmitteln

Abb. 5.18

MÇgliche chemische Reaktionen beim Bleichvorgang (Sauerstoffbleiche)

(Modifiziert nach [6]).

5.4.2

Bleichmittel auf Chlorbasis

In Amerika, Japan, Teilen von SÅdeuropa und anderen Regionen wird traditionell mit Natriumhypochlorit gebleicht – insbesondere dann, wenn die Wirksamkeit der sog. Aktivsauerstofftrger wie Percarbonat durch niedrigere Waschtemperaturen stark eingeschrnkt ist. Hypochlorit kann sowohl im Hauptwasch- als auch im SpÅlgang eingesetzt werden. Natriumhypochlorit-LÇsungen sind in der Regel unvertrglich mit anderen Waschmittelinhaltsstoffen, so dass in diesen Fllen das Bleichmittel getrennt dosiert werden muss. Zur Stabilisierung der Bleich-mittellÇsung wird eine stark alkalische wssrige LÇsung von Natriumhypochlorit verwendet.

Die Hypochlorige Sure (HOCl) zhlt zu den schwachen Suren (pKS = 7,5).

Sie ist instabil, so dass Natriumhypochlorit-LÇsung beim Ansuern unterhalb pH = 5 unter Bildung von Chlorgas zerfllt (Abb. 5.19) [10]. Bei Kontakt von Hypochlorit-LÇsungen mit Suren, z. B. sauren Reinigungsmitteln (WC-Reiniger, Entkalker), kann es dadurch zur Freisetzung von Chlorgas kommen.

5.4 Bleichsysteme

107

Abb. 5.19

Stabilitt der Hypochlorigen Sure bei verschiedenen pH-Werten.

Mechanismus der Chlorbleiche

An der Bleichwirkung einer Hypochlorit-LÇsung sind verschiedene aktive Teilchen beteiligt: die Hypochlorige Sure (im pH-Bereich von 5 bis 9), das Hypochlorit-Anion (oberhalb pH = 9) und aktivierter Sauerstoff, der sich durch Zerfall der Hypochlorigen Sure bilden kann (HOCl + OH– u Cl– + H2O + IOi).

Davon Åbt die Hypochlorige Sure HOCl die effektivste Bleichwirkung aus. Im neutralen bzw. schwach alkalischen pH-Bereich besitzt Natriumhypochlorit dementsprechend die strkste Bleichwirkung, im stark alkalischen Bereich verluft der Bleichvorgang deutlich langsamer.

Den Vorteilen wie hohe Bleichkraft (aufgrund des hohen Oxidationspotentials) und gute Hygieneleistung stehen als Nachteile der hohen Reaktivitt beispielsweise das vorhandene Schdigungspotential gegenÅber Textilfrbungen und Waschmittelinhaltsstoffen (Aufheller) gegenÅber.

5.4.3

Bleichaktivatoren

Im Kapitel 5.4.2 wurde bereits darauf hingewiesen, dass Wasserstoffperoxid unter den in Haushaltswaschmaschinen gegebenen Einwirkungszeiten nur bei Temperaturen oberhalb von 60 hC genÅgend wirksam ist. Da heute aus GrÅnden des Energiesparens und der Verwendung von temperaturempfindlichen Synthesefasern zunehmend bei niedrigen Temperaturen gewaschen wird, werden bleichmittelhaltigen Waschmitteln Bleichaktivatoren zugesetzt.

Der wichtigste Bleichaktivator ist Tetraacetylethylendiamin (TAED). TAED greift chemisch in den Bleichmechanismus ein, indem es in wssriger LÇsung mit dem aus Natriumperborat oder Natriumpercarbonat gebildeten Wasserstoffperoxid Peressigsure bzw. das Peracetat-Anion bildet (Abb. 5.20).

Peressigsure und das Peracetat-Anion sind deutlich strkere Oxidationsmittel als Wasserstoffperoxid und entfalten schon bei Temperaturen ab 30 hC eine ausreichende Bleichwirkung (Abb. 5.21). Da TAED nur mit dem Perhydroxid-

Anion hinreichend schnell reagiert, bildet sich das Peracetat-Anion nur oberhalb von pH = 9 mit ausreichender Reaktionsgeschwindigkeit.

TAED hat in den letzten Jahren an wirtschaftlicher Bedeutung gewonnen.

Durch den Zusatz des Bleichaktivators konnte die Bleichwirksamkeit der Waschmittel im unteren Temperaturbereich entscheidend verbessert werden. Moderne

„Kaltwaschmittel“ enthalten entsprechend hohe Anteile an TAED, zum Teil Åber 10 %.

108

5 Inhaltsstoffe von Waschmitteln

Abb. 5.20

Wirkungsweise eines Bleichaktivators – Bildung von Peressigsure aus einem bleichmittelhaltigen Waschmittel.

Abb. 5.21

Bleichwirkung mit und ohne

TAED als Funktion der Temperatur (Quelle:

Jakobi/LÇhr, 1987).

5.4 Bleichsysteme

109

Abb. 5.22

Bildung von Nonan-Persure (Bleichaktivator) aus Natrium-nonanoyloxy-benzolsulfonat (NOBS).

In den USA und neuerdings auch in Japan wird anstelle von TAED der Bleichaktivator Natrium-nonanoyloxybenzolsulfonat (NOBS) verwendet. NOBS bildet in Verbindung mit Wasserstoffperoxid unter alkalischen Bedingungen das Perno-nansure-Anion (Abb. 5.22), das eine hnliche Bleichwirkung entfaltet wie das Peracetat-Anion, allerdings wesentlich lipophiler ist. Die Verwendung von NOBS ist auf die anderen Waschgewohnheiten in den USA und Japan zurÅckzufÅhren (kurze Waschzeiten, große Wassermengen, schwache Mechanik). Unter europischen Waschbedingungen hat die Verwendung von NOBS keine Vorteile gegenÅber TAED. Mischungen von TAED und NOBS werden seit 2009 in einigen europischen Wasch- und Waschhilfsmitteln verwendet.

In der Erprobungsphase befindet sich ein neuer hydrophober Bleichaktivator DOBA (Decanoyloxybenzoesure), der in Mischungen mit TAED gute anwendungstechnische Eigenschaften zeigt [11]. DOBA wird bisher (Stand Ende 2009) nicht in europischen Waschmitteln eingesetzt.

5.4.4

Bleichkatalysatoren

Die Effektivitt der Sauerstoffbleiche kann nicht nur durch Bleichaktivatoren, sondern auch durch Katalysatoren gesteigert werden. Als Bleichkatalysatoren verwendet man spezielle Mangan- oder Cobalt-Verbindungen (Abb. 5.23), die aufgrund ihrer katalytischen Wirkung schon in sehr geringen Mengen (ab ca.

0,005 % Produktanteil) wirksam sind. Man vermutet, dass Bleichkatalysatoren mit dem Perhydroxid-Anion (HOO–) zu einem Peroxokomplex reagieren, das Perhydroxid-Anion dadurch aktivieren und die Oxidationswirkung bei tieferen Waschtemperaturen verstrken. Radikale treten bei diesem Prozess nicht auf.

110

5 Inhaltsstoffe von Waschmitteln

Abb. 5.23

Beispiele fÅr Bleichkatalysatoren auf Basis von Cobalt und Mangan.

Sie Åbertreffen in phosphatfreien Rezepturen die Leistung von TAED, in phosphathaltigen Rezepturen sind sie vergleichbar leistungsfhig.

Bleichkatalysatoren besitzen neben der Verbesserung der Bleichwirkung bei tieferen Temperaturen auch eine farbÅbertragungsinhibitierende Wirkung. In LÇ-
sung befindliche Farbstoffe, die sich von den Textilien abgelÇst haben, werden von Bleichkatalysatoren sehr effektiv oxidiert und dadurch entfrbt.

Whrend sich Bleichkatalysatoren in maschinellen GeschirrspÅlmitteln gut be-whrt haben, sind die Probleme beim Einsatz in Waschmitteln bisher nicht befriedigend gelÇst. Erste Versuche mit Bleichkatalysatoren in Waschmitteln 1994
in Großbritannien und den Niederlanden fÅhrten zu deutlichen Wscheschden.

Bleichkatalysatoren befinden sich weiterhin in der Entwicklungs- und Erprobungsphase, werden aber seit 1994 nicht mehr in Waschmitteln verwendet. Zwi-schenzeitlich wurden sie in einigen Fleckensalzen im Bereich der Waschhilfsmittel eingesetzt.

5.4.5

Peroxocarbonsuren

Bei Temperaturen unterhalb 60 hC zeigen viele Peroxocarbonsuren eine deutlich bessere Bleichaktivitt als Wasserstoffperoxid. Dieser Effekt wird z. B. durch den Einsatz des Bleichaktivators TAED ausgenutzt, der in der Waschlauge durch eine chemische Reaktion Peroxoessigsure (Peressigsure) bildet. Warum setzt man nicht gleich direkt Peroxocarbonsuren in Waschmitteln ein, um die Bleichwirkung bei tieferen Temperaturen zu verbessern? In der Praxis bereitet dies aufgrund der hohen Reaktivitt der Peroxosuren mehrere Probleme, die bisher nicht befriedigend gelÇst werden konnten:

x unzureichende Lagerstabilitt;
x Unvertrglichkeit mit anderen Waschmittelinhaltsstoffen, z. B. Enzymen oder optischen Aufhellern;
x aufwndige Synthese und damit verbunden hohe Produktionskosten;
x keine VerfÅgbarkeit in ausreichenden Mengen.

5.5 Enzyme

111

Abb. 5.24

Strukturformel von N,N-Phthalimidoperoxyhexansure (PAP).

Eine interessante Perspektive im Bereich der Wasch- und Reinigungsmittel bietet die N,N-Phthalimidoperoxyhexansure (PAP) (Abb. 5.24).

Sie ist unter Waschbedingungen hinreichend stabil und aus e-Caprolactam relativ einfach in hinreichend großen Mengen herzustellen [12]. Ein Einsatz sowohl in Waschmitteln als auch als separates Waschhilfsmittel ist mÇglich und in der Praxis in einzelnen Fllen auch schon erfolgt (z. B. in Hobbythek-Waschmitteln).

Gegen einen breiteren Einsatz sprechen noch der hÇhere Preis, die unzureichende Lagerstabilitt in Waschpulvern und die Einschrnkungen bei der Rezepturgestaltung. So ist PAP nur in einem engen pH-Bereich (pH z 9) hinreichend wirksam.

Die Vorteile von PAP sind eine sehr gute Bleichwirkung im unteren Temperaturbereich (30 hC bis 40 hC) und eine ausgesprochen gute antimikrobielle Wirksamkeit.

5.5

Enzyme

Hufig sind im Wscheschmutz protein- und strkehaltige Bestandteile zu finden, z. B. aus RÅckstnden von Kakao, Eigelb, Bratensoßen, Blut u. a. Sind derartige Verschmutzungen erst einmal angetrocknet und gealtert, so lassen sie sich nur noch mit Hilfe von Enzymen aus den Textilien entfernen, Tenside und Bleichmittel reichen zur Suberung nicht aus. Nur sofortiges Einweichen kann eine starke Schmutzhaftung verhindern. Man kann nur in diesem Fall eiweiß- und strkehaltigen Schmutz verhltnismßig leicht auswaschen.

Enzyme sind kompliziert aufgebaute EiweißkÇrper. Sie wirken als Biokatalysatoren und sind schon in sehr geringer Konzentration wirksam, da sie sich whrend der Reaktion nicht verbrauchen. In Waschmitteln eingesetzte Enzyme wirken spezifisch gegenÅber einer bestimmten Stoffklasse und spalten große wasserunlÇsliche MolekÅle in kleinere Fragmente, die sich anschließend leicht aus dem Gewebe herauswaschen lassen. In Abb. 5.25 ist dies am Beispiel einer Protease gezeigt.

Dabei wird ihre Wirksamkeit stark von den angewendeten Waschbedingungen wie Temperatur und pH-Wert beeinflusst (Abb. 5.26).

Man unterscheidet Proteasen (Eiweiß spaltende Enzyme), Amylasen (Strke spaltende Enzyme), Lipasen (Fett spaltende Enzyme), Mannanasen (Galactomannan spaltende Enzyme) und Cellulasen (Cellulose spaltende Enzyme) (Abb. 5.27).

112

5 Inhaltsstoffe von Waschmitteln

Abb. 5.25

Schema einer enzymkatalysierten Proteinspaltung im Simulationsmodell.

Die Verwendung von Enzymen in Waschmitteln wurde zum ersten Mal 1913
beschrieben. Es fehlte jedoch an Enzymen, die unter Waschbedingungen bei den dort herrschenden Temperaturen und dem hohen pH-Wert ausreichend
wirksam waren. Man kannte nur die empfindlichen, aus der Pankreas von Schlachttieren gewonnenen Proteasen.

5.5 Enzyme

113

Abb. 5.26

Enzymaktivitten (Protease, Amylase) bei verschiedenen Temperaturen und pH-Werten.

Abb. 5.27

Enzyme in Wasch- und Reinigungsmitteln im berblick.

114

5 Inhaltsstoffe von Waschmitteln

Ab 1960 gelang es, aus Bakterien gewonnene Proteasen im großen Maßstab herzustellen. Diese Enzyme wurden aus speziellen Bakterienstmmen (z. B. Ba-cillus subtilis) isoliert und waren unter den Åblichen Waschbedingungen bis ca.

65 hC ausreichend aktiv. Schon 1969 waren 80 % der Waschmittel mit Enzym-Zusatz versehen (Werbung: „biologisch aktiv“). Zu dieser Zeit wurden Erkrankun-gen und Allergien bekannt, die besonders die Arbeiter bei der Herstellung dieser enzymhaltigen Waschmittel betrafen. Die Ursache war der feine Enzymstaub, der diese berempfindlichkeiten hervorrief. Die Enzymproduktion wurde daraufhin umgestellt und die Enzyme in kleinen KÅgelchen, „Prills“ genannt, eingekapselt.

Der Feinstaub konnte so vermieden werden, und 1972 erklrte das Bundesge-sundheitsamt Enzyme in Waschmitteln als unbedenklich. Der Marktanteil enzymhaltiger Waschmittel, der vorÅbergehend stark zurÅckgegangen war, hat sich heute bei ca. 90 % stabilisiert [13, 14].

1988 wurde in Japan zum ersten Mal ein gentechnisch produziertes Enzym in Waschmitteln verwendet, seit 1989 sind derartige Enzyme auch in deutschen Waschmitteln enthalten. Bestimmte Waschmittelenzyme, z. B. die Lipasen, lassen sich wirtschaftlich erst mittels gentechnischer Verfahren herstellen.

Die Proteasen sind die wichtigsten und ltesten Waschmittelenzyme. Sie wurden in den vergangenen Jahren immer weiter optimiert. Heute werden moderne Proteasen mit verbesserter Wirkung im alkalischen Bereich in Waschmitteln eingesetzt, die mit Hilfe gentechnisch optimierter Bakterienkulturen hergestellt werden. Gentechnisch produziert werden sowohl naturidentische (2. Generation) als auch grundlegend neue Enzyme (3. Generation). Bei Letzteren werden gezielte Vernderungen der Aminosuresequenz durchgefÅhrt, Protein-Engineering genannt (s. Abb. 5.27). Hinsichtlich Verbrauchersicherheit und Umweltvertrglichkeit werden gentechnisch produzierte Enzyme ebenso gut beurteilt wie klassisch hergestellte (s. auch Kap. 9.7.4).

Seit 1975 werden außer den Proteasen auch Amylasen in Waschmitteln eingesetzt, die zu verbesserten Waschergebnissen gegenÅber kohlenhydrathaltigen Anschmutzungen fÅhren.

Die in neuerer Zeit untersuchten Lipasen (Fett spaltende Enzyme) entfalten ihre grÇßte Wirkung praktisch schon bei Zimmertemperatur. Oberhalb dieser Temperatur sind die Tenside fÅr fetthnliche Anschmutzungen ausreichend wirksam oder Åberlegen. Die Kombination von Tensiden mit Lipasen erhÇht die Waschwirkung – Lipasen lÇsen die Fettverschmutzung an, den Tensiden wird dadurch die SchmutzablÇsung erleichtert. Mit Hilfe der Gentechnik sind ausreichend leistungsfhige Lipasen fÅr Waschmittel entwickelt worden. Lipasen werden in Deutschland seit 1991 in Waschmitteln eingesetzt. Bereits 1993 waren in etwa der Hlfte der deutschen Pulverwaschmittel diese Enzyme enthalten.

Cellulasen fÅhren indirekt ebenfalls zu einer verbesserten SchmutzablÇsung (nur bei Baumwolle und anderen baumwollhaltigen Cellulosefasern), da sie amorphe Anteile der Cellulose und abstehende MikrofibrillenbÅndel ablÇsen.

Die Zugnglichkeit der Anschmutzung fÅr Tenside wird dadurch erleichtert

[15]. Durch die Entfernung der MikrofibrillenbÅndel wird ebenfalls der optische Eindruck der Oberflche positiv verndert (Abb. 5.28).

5.5 Enzyme

115

Abb. 5.28

Wirkungsweise von Cellulasen.

Eine FarbtrÅbung und ein Verblassen des Gewebes kÇnnen so in gewissem Maße rÅckgngig gemacht werden (Abb. 5.29). Cellulasen werden deshalb besonders den Waschmitteln fÅr farbige Textilien (Colorwaschmittel, Feinwaschmittel) zugesetzt und in Deutschland seit 1992 verwendet.

Eine Neuentwicklung bei Waschmittelenzymen ist die Mannanase. Dieses

Enzym ist in der Lage das Polysaccharid Galactomannan in kleinere Einheiten zu spalten und damit wasserlÇslich zu machen. Galactomannan ist u. a. Bestandteil von Guarkernmehl oder Johannisbrotkernmehl, das als Verdickungsmittel oder Strukturgeber fÅr Lebensmittel und Kosmetika Verwendung findet. Mannanase kann die SchmutzablÇsung von galactomannanhaltigen RÅckstnden auf Abb. 5.29

Demonstration des Effektes von Cellulase.

116

5 Inhaltsstoffe von Waschmitteln
der Wsche verbessern und zur Leistungssteigerung der Waschmittel besonders im unteren Temperaturbereich beitragen [16]. Das Enzym Mannanase ist seit 2002 in deutschen Waschmitteln zu finden und wird seitdem in zahlreichen Waschmitteln in Europa und Nordamerika eingesetzt.

Auf einigen Waschmittelpackungen ist die Inhaltsstoffdeklaration „Glycosi-dase“ als Oberbegriff fÅr Enzyme zu finden, die glykosidische Bindungen spalten kÇnnen. Dazu zhlen die Amylasen, Cellulasen und Mannanasen.

Ein besonderes Problem stellt die Lagerstabilitt von Enzymen in flÅssigen Waschmitteln dar, weil die Gefahr des Aktivittsverlustes bei lngeren Lagerzeiten besteht. Eine gute Stabilisierung von Enzymen in FlÅssigwaschmitteln wird durch Zusatz von einwertigen Alkoholen, Glykolen und/oder Boraten erreicht.

DarÅber hinaus wirken auch Polycarboxylate und Komplexbildner (Citrate, Phosphonate) stabilisierend auf Enzyme.

Mit Hilfe der Gentechnik sind in den letzten Jahren große Erfolge durch eine signifikante ErhÇhung der Enzymaktivitt insgesamt und insbesondere bei tieferen Waschtemperaturen unterhalb 40 hC erzielt worden. Damit ist es heute mÇglich, Voll- und Colorwaschmittel mit ausreichender Waschleistung schon im Temperaturbereich ab 15 hC zu verwenden. Ebenso haben verbesserte Enzyme einen wesentlichen Anteil daran, dass die Dosierung der Waschmittel in den letzten Jahren bei vollem Erhalt der Waschleistung deutlich zurÅckgegangen ist. Die Entwicklung grundlegend neuer Enzymklassen, z. B. Oxidasen und Peroxidasen zur UnterstÅtzung der Bleichwirkung, befindet sich bislang noch in der Erfor-schungsphase.

5.6

Sonstige Inhaltsstoffe

5.6.1

Polymere Inhaltsstoffe

Der Einsatz von Polymerverbindungen in Waschmitteln hat schon eine lange Tradition, ist in den letzten Jahren jedoch deutlich erweitert worden. Zu den ltesten, schon seit 1930 verwendeten Polymeren zhlt Carboxymethylcellulose (CMC), die als Vergrauungsinhibitor verwendet wird. Heute ist die Palette der Vergrauungsinhibitoren durch die seit Mitte der neunziger Jahre verwendeten Soil Release Polymere betrchtlich erweitert und den gestiegenen AnsprÅchen an Waschmittel und Wschepflege angepasst worden. Seit Anfang der 1990er Jahre sind die Verfrbungsinhibitoren und Farbschutzpolymere, seit 2002 wasserlÇsliche Polymere als Folienmaterial fÅr flÅssige Waschmittel als weitere Neuentwicklungen hinzugekommen. Auch in Zukunft sind Weiterentwicklungen bei den Waschmittel-polymeren zu erwarten.

Die als Enthrterbestandteile wichtigen Polycarboxylate und damit verwandte Verbindungen wurden bereits in Kapitel 5.2 vorgestellt.

5.6 Sonstige Inhaltsstoffe

117

5.6.1.1

Vergrauungsinhibitoren und Soil Release Polymere

Tenside allein zeigen hufig kein ausreichendes SchmutztragevermÇgen, so dass der einmal abgelÇste Schmutz aus der Waschflotte wieder auf die Faser aufziehen kann. Die Textilien vergrauen, wobei dieser Prozess kaum rÅckgngig gemacht werden kann. Whrend Seifen mittlerer Kettenlngen (C12 bis C16) ein gutes SchmutztragevermÇgen zeigen, ist dies bei anderen Tensiden nicht immer der Fall. Weiterhin fÇrdert eine zu geringe Dosierung des Waschmittels den Ver-grauungsprozess.

Aus diesem Grunde versucht man, durch geeignete Substanzen das SchmutztragevermÇgen zu verbessern und eine Wiederablagerung auf den Textilfasern zu verhindern [17]. Dies gelingt einerseits durch geeignete Auswahl der verschiedenen Waschmittelkomponenten (Tenside/GerÅststoffe), andererseits durch Zusatz von Vergrauungsinhibitoren.

Vergrauungsinhibitoren ziehen irreversibel auf die Faser auf und verhindern so einen engen Kontakt zwischen Schmutz und Faser. Sie verbleiben nach dem Waschvorgang auf der Wsche. Aufgrund ihrer Wirkung (Faserhaftung) mÅssen sie eine strukturelle hnlichkeit mit der Faser zeigen. FÅr Cellulosefasern wie Baumwolle haben sich seit langer Zeit Natriumsalze der Carboxymethylcellulose (CMC) bewhrt (Abb. 5.30).

Auf Synthesefasern ist CMC praktisch wirkungslos, deshalb ist heute das Angebot an Vergrauungsinhibitoren durch Celluloseether erweitert worden (Abb.

5.30), die bei Synthesefasern aufgrund ihrer geringeren Polaritt und der fehlenden ionischen Ladung gegenÅber CMC eine etwas bessere Wirkung zeigen. In phosphatfreien Waschmitteln Åbernehmen auch Polycarboxylate die Funktion von Vergrauungsinhibitoren (s. Kap. 5.2.4).

In Waschmitteln, insbesondere modernen Kompaktwaschmitteln, werden seit 1995 Polymere eingesetzt, die Åberwiegend eine Affinitt zu Synthesefasern besitzen. Es handelt sich dabei um verschiedene Polymer-Strukturen aus Polyester-und Polyether-Einheiten auf Basis der Terephthalsure. Gegebenfalls werden zu-stzlich sulfonierte Isophthalsure-Einheiten verwendet. Durch unterschiedliche Kombination der in Abb. 5.30 gezeigten MolekÅlgruppen erhlt man die verschiedenen Polymerstrukturen. Diese Polymere werden Soil Release Polymere, kurz SRP, genannt. Soil Release Polymere fÅhren bei synthetischen Fasern zu einer verbesserten Fett- und lentfernung whrend der Textilwsche.

Die Wirkung von Soil Release Polymeren lsst sich folgendermaßen erklren: Das Polymer zieht whrend des Waschvorgangs auf die Faser auf und ordnet sich dort so an, dass der hydrophile Anteil des MolekÅls nach außen ragt, whrend die hydrophoben Gruppen sich in Richtung Faseroberflche orientieren und dadurch zu einer starken Faserhaftung mit der ebenfalls hydrophoben Synthesefaser fÅhren. Es bildet sich eine hydrophile Schutzschicht um die Faser. Der beim anschließenden Tragen aufziehende Fett- oder lschmutz kann nur noch begrenzt auf der Faser haften bzw. in sie eindringen und lsst sich damit beim nchsten Waschvorgang wieder leicht entfernen (Abb. 5.31).

Die leichtere Entfernbarkeit von Fett- und lschmutz durch SRP ermÇglicht sowohl eine bessere Waschleistung als auch eine Verringerung der Waschtempera-

118

5 Inhaltsstoffe von Waschmitteln

Abb. 5.30

Vergrauungsinhibitoren und Soil Release Polymere.

5.6 Sonstige Inhaltsstoffe

119

Abb. 5.31

Wirkungsweise von Soil Release Polymeren.

tur und damit Einsparung von Energie [18, 19]. Niedrigere Waschtemperaturen schonen zudem auch Faser und Textilfarbe. Soil Release Polymere begÅnstigen aber nicht nur die AblÇsung von Schmutz, sondern binden den Schmutz und verringern damit hnlich wie CMC eine Redeposition des Schmutzes. Abbildung 5.32 zeigt den Effekt von Soil Release Polymeren nach dem Waschen.

An Baumwolle wirksame Soil Release Polymere werden bisher nicht in Waschmitteln eingesetzt. Die Entwicklung derartiger strukturell unterschiedlicher SRP
stellt eine besondere Herausforderung dar, da die Baumwollfasern im Gegensatz Abb. 5.32

Demonstration des Effektes von Soil Release Polymeren (SRP).

120

5 Inhaltsstoffe von Waschmitteln
zu synthetischen Fasern keine einheitliche homogene Struktur aufweisen und je nach TextilausrÅstung einen breiten Hydrophilie/Hydrophobie-Bereich abdecken.

Um eine ausreichende Wirksamkeit gegen Vergrauung bei den heute verwendeten unterschiedlichen Textilfasertypen (Natur- und Chemiefasern) zu erzielen, werden in modernen Waschmitteln Mischungen verschiedener Vergrauungsinhibitoren eingesetzt.

Eine Neuentwicklung ist hydrophob modifizierte Carboxymethylcellulose, z. B.

durch partielle Bildung eines Hexylethers an freien OH-Gruppen der Cellulose.

Diese Polymere lagern sich beim Waschen auf den Textilfasern (bevorzugt Baumwolle) ab. Die Faser wird geschÅtzt und ein Faserabrieb verringert. Damit lsst sich die Fussel- und die KnÇtchenbildung von Baumwollfasern reduzieren [20].

Das Erscheinungsbild der Textilien nach dem Waschen lsst sich damit verbessern. Hydrophob modifizierte Carboxymethylcellulose wird seit 2003 in einigen Vollwaschmitteln eingesetzt.

5.6.1.2

FarbÅbertragungsinhibitoren

Werden unterschiedlich gefrbte Textilien gemeinsam in der Waschmaschine gewaschen, kÇnnen FarbÅbertragungen auftreten. Der Farbstoff kann sich whrend des Waschens von der Faser ablÇsen, verteilt sich dann in der Waschflotte und zieht an anderer, unerwÅnschter Stelle erneut auf die Faser auf. FarbÅbertragungsinhibitoren (auch Verfrbungsinhibitoren genannt) kÇnnen im begrenzten Rahmen Schutz gegen derartige Verfrbungen bieten, die besonders durch nicht fachgerecht gefrbte Textilien auftreten kÇnnen [21, 22]. Abbildung 5.33 zeigt den Effekt von FarbÅbertragungsinhibitoren nach dem Waschen unterschiedlich ge-frbter Textilien.

Als erster FarbÅbertragungsinhibitor in Waschmitteln wurde Polyvinylpyrrolidon (PVP) eingesetzt [23]. PVP findet bevorzugt in Colorwaschmitteln Verwendung, doch lsst es sich prinzipiell in jedem Waschmittel einsetzen, da es mit anderen Waschmittelinhaltsstoffen gut vertrglich ist. Das in Waschmitteln eingesetzte PVP ist ein gut wasserlÇsliches Polymer mit einer mittleren molaren Masse von ca. 40.000 g/mol (Abb. 5.34).

Abb. 5.33

Demonstration des Effektes von Polyvinylpyrrolidon (PVP).

5.6 Sonstige Inhaltsstoffe

121

Polyvinylpyrrolidon verhindert in der Regel ein Wiederaufziehen des beim Waschvorgang abgelÇsten Farbstoffes durch Bildung eines Adduktes von PVP
mit dem Farbstoff. Das langkettige Polyvinylpyrrolidon umschließt dabei die FarbstoffmolekÅle, wobei die hydrophilen MolekÅlteile des PVP in Richtung wssrige LÇsung ragen. Dadurch wird ein Kontakt zwischen Faser und Farbstoff verhindert und der Farbstoff in der Waschflotte stabilisiert. Daneben kann PVP
im geringen Maße auch die Faseroberflche belegen und dadurch eine Adsorption des Farbstoffes auf der Faser verhindern. Nachteilig wirkt sich aus, dass PVP in hÇheren Konzentrationen auch bestimmte Farbstoffe, z. B. Direktfarb-stoffe, aus der Faser lÇsen kann und dadurch den Farbeindruck des Textils ver-schlechtert.

PVP wird im Bereich der Kosmetik, Pharmazie und Lebensmitteltechnologie schon seit vielen Jahren verwendet. Die in Waschmitteln eingesetzte Menge ist demgegenÅber gering. Aus Çkologischer und toxikologischer Sicht bestehen nach dem derzeitigen Stand keine Bedenken gegen eine Anwendung von PVP.

PVP ist hauptschlich wirksam beim Waschen von Cellulosefasern (Baum-
wolle, Leinen, Viskose u. a.). GegenÅber Wolle und Polyamidfasern ist es wenig effektiv. Weiterhin wirkt reines PVP nicht gegen alle Textilfarbstoffe gleichermaßen effektiv, so dass intensiv an verbesserten FarbÅbertragungsinhibitoren gearbeitet wird.

Abb. 5.34

Strukturformeln von Verfrbungsinhibitoren.

122

5 Inhaltsstoffe von Waschmitteln

Als erfolgreiche Weiterentwicklungen mit verbesserter Wirksamkeit haben sich Copolymere aus Vinylpyrrolidon und Vinylimidazol (PVPVI, Handelsname z. B.

Sokalanr HP 56 und HP 66) und Poly-4-vinylpyridin-N-oxid (PVNO, Handelsname Chromabond) erwiesen (Abb. 5.34). In modernen Waschmitteln werden inzwischen Åberwiegend diese Substanzen eingesetzt.

5.6.1.3

Farbpflegepolymere

FarbÅbertragungsinhibitoren verhindern vorrangig ein Wiederaufziehen des abgelÇsten Farbstoffes auf die Faser. Das HerauslÇsen des Farbstoffes aus der Faser („Ausbluten“) kÇnnen sie nicht oder nur im geringen Maße vermeiden.

In einigen Spezialwaschmitteln werden deshalb zustzlich oder alternativ zu den FarbÅbertragungsinhibitoren noch weitere Farbpflegepolymere eingesetzt, welche primr die Farbstoffe auf der Textilfaser fixieren und damit eine FarbÅbertragung auf andere Textilfasern verringern kÇnnen. Farbpflegepolymere, auch Farbschutzsubstanzen oder „Dye Fixatives“ genannt, besitzen eine relativ hohe Faserhaftung und enthalten hufig Aminogruppen. Sie sind entweder nichtionischer Natur oder enthalten quaternre Stickstoffgruppen mit kationischer Ladung. Zu diesen Substanzen gehÇren z. B. Polyaminderivate (Handelsname Texcarer) und Polyethylenpolyamine (Handelsname Tinofixr) [24]. Insgesamt sind FarbÅbertragungsinhibitoren wirksamer hinsichtlich der Eigenschaftserhal-tung der WschestÅcke als Farbpflegepolymere, so dass die Verwendung Letzterer auf einige Spezialwaschmittel beschrnkt bleibt.

5.6.1.4

Folien fÅr Portionierungen

Portionierte FlÅssigwaschmittel („FlÅssig-Tabs“) werden in Form von Dosierbeuteln angeboten, die eine einfache und bequeme Handhabung ermÇglichen. Das hochkonzentrierte und weitgehend wasserfreie Waschmittel (s. auch Kap. 4) ist dabei von einer Folie umgeben, die sich schnell und rÅckstandsfrei auch in kaltem Wasser auflÇst.

Als Folienmaterial wird teilverseifter Polyvinylalkohol PVAL verwendet, der gut kaltwasserlÇslich ist (Abb. 5.35). Der AuflÇsungsprozess der Folie beginnt sofort nach Kontakt mit Wasser. Nach 10 bis 90 Sekunden hat sich die Folie gelÇst

[25]. Anschließend lÇst sich auch das Waschmittel schnell auf. Portionierbeutel werden direkt in die Waschtrommel gegeben und zwar vor dem BefÅllen mit Schmutzwsche, damit der Folienbeutel gut vom Wasser umspÅlt werden kann.

Abb. 5.35

Polyvinylalkohol als Folienmaterial fÅr

FlÅssig-Tabs. Der Verseifungsgrad entscheidet Åber
die LÇslichkeit.

5.6 Sonstige Inhaltsstoffe

123

5.6.2

Optische Aufheller

Rohweiße Wsche hat von Natur aus einen leichten Gelbstich (z. B. Leinen, Baumwollnessel). Dieser Gelbschimmer rÅhrt daher, dass von der Wsche bevorzugt kurzwelliges blaues Licht absorbiert wird. Dem reflektierten Licht fehlt dadurch der Blauanteil. Das menschliche Auge nimmt die Komplementrfarbe der Blau-Absorption als gelbe Farbe wahr.

Der Gelbschimmer wird vom Auge sehr empfindlich wahrgenommen und
kann den Weißeindruck beeintrchtigen. Schon Mitte des 19. Jahrhunderts ver-suchte man deshalb, den Gelbstich der Wsche durch Zusatz von blauen Farbstoffen, die nach der Wsche auf der Faser verbleiben, zu vermeiden. Dieser Blaustich verstrkt den Weißeindruck. Damals wurde pulverisiertes Ultramarinblau, ein anorganischer Pigmentfarbstoff (Waschblau genannt), dem letzten SpÅlbad zum „Wschebluen“ zugesetzt.

Heute verwendet man optische Aufheller, auch WeißtÇner oder Weißmacher genannt. Dies sind organische Substanzen, die einen Teil des im Tageslicht enthaltenen unsichtbaren UV-Lichts in sichtbares blaues Licht umwandeln kÇnnen.

Das von der Wsche reflektierte Licht hat dadurch einen sehr hohen Blauanteil.

Der Mensch nimmt dies als besonders strahlendes Weiß (Waschmittelwerbung:

„weißer als weiß“) wahr. Optische Aufheller ziehen beim Waschen oder SpÅlen auf die Faser auf und verbleiben dann auf der Wsche. Sie haben dementsprechend keinerlei Waschwirkung, sondern die Funktion von weißverbessernden Hilfsmitteln.

Optische Aufheller sind kompliziert aufgebaute Verbindungen. Sie nutzen das Prinzip der Fluoreszenz zur Umwandlung von UV-Licht in blaues, sichtbares Licht (Abb. 5.36).

Erste Waschmittelaufheller wurden 1950 erprobt. Die Entwicklung geeigneter Substanzen gestaltete sich nicht einfach, da sie ganz unterschiedliche Eigenschaften erfÅllen mÅssen:

x Optische Aufheller sind nur wirksam, wenn sie nach der Wsche auf der Faser verbleiben. Sie mÅssen daher auf Textilfasern haften.

x Die Eigenfarbe der Aufheller darf keine Verfrbung verursachen.

x Die optischen Absorptionseigenschaften der Faser dÅrfen im sichtbaren Bereich nicht verndert werden, sonst kommt es zu Verfrbungen der Wsche.

x Die Eigenreflexion der Aufheller muss gering gehalten werden.

x Sie mÅssen unter Waschbedingungen chemisch resistent sein.

x Sie mÅssen gegenÅber Bleichmitteln mÇglichst unempfindlich sein.

x Sie mÅssen unempfindlich gegenÅber Luftsauerstoff und Licht sein.

Es sind heute verschiedene Waschmittelaufheller bekannt. Allen gemeinsam ist ein relativ komplizierter MolekÅlbau, bestehend aus einem ausgedehnten System konjugierter Doppelbindungen (verantwortlich fÅr die Fluoreszenz) und funktionellen Gruppen, die fÅr die Faserhaftung sorgen. Abbildung 5.37 zeigt die Strukturformeln von zwei hufig verwendeten optischen Aufhellern.

124

5 Inhaltsstoffe von Waschmitteln

Abb. 5.36

Mechanismus der Fluoreszenz.

Abb. 5.37

Strukturformeln hufig verwendeter optischer Aufheller.

5.6 Sonstige Inhaltsstoffe

125

Problematisch sind Aufheller bei pastellfarbenen Textilien. Sie kÇnnen dort zu deutlichen Farbvernderungen fÅhren. Bei krftig gefrbten Textilien zeigen Aufheller keine sichtbare Wirkung.

5.6.3

Stabilisatoren und Komplexbildner
ber den Schmutz der Wsche oder das Leitungswasser kÇnnen Spuren von Eisen-, Kupfer- und Mangan-Ionen in die Waschflotte gelangen. Aber auch her-stellungsbedingt kÇnnen Waschrohstoffe geringe Mengen an Schwermetallen enthalten. Diese Schwermetall-Ionen kÇnnen die Lagerfhigkeit des Bleichmittels herabsetzen und katalytisch auf die Zersetzung von Wasserstoffperoxid wirken, das in der Waschlauge aus dem Bleichmittel gebildet wird (s. Kap. 5.4). Die Bleichwirkung beim Waschen wird dadurch vermindert und die Textilfaser durch auftretende OH-Radikale geschdigt (Abb. 5.38).

Schwermetall-Ionen mÅssen durch geeignete Komplexbildner gebunden werden. GerÅststoffe wie Zeolith A haben kein ausreichendes BindungsvermÇgen fÅr diese Schwermetalle, so dass Waschmitteln selektiv wirkende starke Komplexbildner zugesetzt werden mÅssen.

Komplexbilder stabilisieren nicht nur die Bleichmittel, sondern tragen auch zum Stabilittserhalt der Enzyme bei. DarÅber hinaus haben besonders Phosphonate (s. unten) noch weitere gÅnstige Eigenschaften beim Waschprozess. Phosphonate verhindern hnlich wie Polycarboxylate das Wachstum von Kalkkristallen, verhindern also eine Wscheinkrustation und unterstÅtzen zum Teil das Auswaschen bleichbarer Flecken. Aus diesem Grunde sind sie in geringer Konzentration auch in vielen bleichmittelfreien Waschmitteln zu finden [26]. In dieser Funktion bezeichnet man sie allgemein als Stabilisatoren.

FrÅher wurde Ethylendiamintetraacetat (EDTA) (Abb. 5.39) als Bleichstabilisator eingesetzt.

Abb. 5.38

Zersetzungsmechanismus von Wasserstoffperoxid
in Gegenwart von Schwermetall-Ionen [4].

126

5 Inhaltsstoffe von Waschmitteln

Abb. 5.39

Strukturformel von Ethylendiamintetraessigsure (EDTA).

Abb. 5.40

In Waschmitteln hufig eingesetzte Phosphonate.

5.6 Sonstige Inhaltsstoffe

127

EDTA ist ein sehr starker Komplexbildner und wurde in Form der Natriumsalze in Waschmitteln in geringer Konzentration (I 1 %) verwendet. Aus Çkologischen GrÅnden ist EDTA in Deutschland sptestens seit 1989 aus Waschmitteln verschwunden. Es ist biologisch nicht abbaubar, kann giftige Schwermetalle aus Sedimenten herauslÇsen und ins Grund- oder Trinkwasser transportieren. EDTA darf nicht mit dem strukturell hnlichen, aber biologisch gut abbaubaren Bleichaktivator TAED (s. Abb. 5.20) verwechselt werden. Anstelle von EDTA werden heute in erster Linie Phosphonate eingesetzt. Auch Magnesiumsilicat MgSiO3 ist einige Zeit mit Erfolg als Bleichstabilisator eingesetzt worden. Es adsorbiert Schwermetall-Ionen und hebt die katalytische Wirkung dadurch auf.

Als Phosphonate werden die Salze der Phosphonsuren bezeichnet. Es sind hnlich wie EDTA starke Komplexbildner. Auch sie dienen als Bleichstabilisatoren. In Waschmitteln werden unterschiedliche Phosphonate eingesetzt. Die wichtigsten Vertreter sind: Aminotris(methylenphosphonsure) (ATMP, Nitrilotrimethylene Triphosphonic Acid), 1-Hydroxyethan-1,1-diphosphonsure (HEDP, Etidronic acid), Ethylendiamintetra(methylenphosphonsure) (EDTMP) und Diethylentriaminpenta(methylenphosphonsure) (DTPMP) sowie deren Salze (Abb. 5.40).

Phosphonate sind biologisch schwer abbaubar, sind von daher Çkologisch kritisch zu beurteilen, werden allerdings nur in verhltnismßig geringen Mengen (3.900 Tonnen im Jahr 2008) verwendet. An besser abbaubaren Komplexbildnern wird intensiv gearbeitet.

Abb. 5.41

Biologisch abbaubare Komplexbildner.

128

5 Inhaltsstoffe von Waschmitteln

Seit 2009 gibt es ein neues Kokosamin-Phosphonat, das mit einer Abbaurate von 70 % nach OECD 301F die Forderungen der Detergentienverordnung bezÅglich eines leichten biologischen Abbaus erfÅllt.

DarÅber hinaus gibt es seit einigen Jahren eine Reihe von kommerziell angebotenen, biologisch abbaubaren Komplexbildnern, z. B. Methylglycindiessigsure-Trinatriumsalz (MGDA), Iminodisuccinat (IDS), Ethylendiamin-N,N’-disuccinat (EDDS), Tetranatrium Glutamat-diacetat (GLDA) [27]. Einige dieser Substanzen kÇnnen die Phosphonate vollstndig ersetzen und finden zunehmend in Waschmitteln Verwendung (Abb. 5.41).

5.6.4

Schauminhibitoren

Auch heute noch wird vielfach das Vorhandensein von Schaum als Voraussetzung fÅr einen ausreichenden Wascherfolg angesehen. Dabei hat der Schaum keinen direkten Einfluss auf das Waschergebnis. Im Gegenteil – ein Zuviel an Schaum ist meist unerwÅnscht. Große Schaummengen dmpfen die mechanische Bewegung in der Waschmaschine sehr stark, so dass die Reinigungswirkung enorm zurÅckgeht. Unter bestimmten Bedingungen, besonders bei hÇheren Temperaturen, kann in der Waschmaschine auch soviel Schaum entstehen, dass er aus der Waschmaschine quillt.

Da viele Tenside von Natur aus ein ausgeprgtes SchaumvermÇgen zeigen, mÅssen den Waschmitteln sogenannte Schauminhibitoren (hufig auch als Schaumregulatoren oder Schaumhemmer bezeichnet) zugesetzt werden. Voraussetzung fÅr eine Schauminhibierung ist, dass die wirksame Substanz praktisch wasserunlÇslich ist. Schauminhibitoren verteilen sich auf der Schaumlamelle, lagern sich zwischen die TensidmolekÅle und bilden einen sogenannten Mischfilm. Der Zusammenhalt der TensidmolekÅle wird dadurch geschwcht. Die Lamelle verliert ihre Elastizitt – die Schaumblase platzt. Von den vielen, theoretisch denkba-ren Schauminhibitoren haben sich in der Praxis nur wenige durchgesetzt.

Der bekannteste Schauminhibitor ist die Seife. Sie hat aber in der Einsetzbar-keit gewisse Grenzen. Seife wirkt nicht direkt als Schauminhibitor (dagegen spricht schon die gute LÇslichkeit), sondern die in Wasser gebildete, unlÇsliche Kalkseife. Es mÅssen daher genÅgend Calcium-Ionen im Wasser vorhanden sein, um die Schaumregulierung zu ermÇglichen. In Gebieten mit sehr weichem Wasser oder beim Waschen mit Regenwasser kÇnnen Schwierigkeiten auftreten.

Am wirksamsten sind sehr langkettige Seifen (C20 bis C22), die extrem schwerlÇsliche Calciumsalze bilden. Seife ist gegenÅber LAS (linearen Alkylbenzolsulfonaten) am wirksamsten. Die EinsatzmÇglichkeiten in Verbindung mit anderen Tensiden sind deutlich eingeschrnkt.

Weitaus wirkungsvoller gegenÅber dem SchaumvermÇgen von anionischen

Tensiden sind spezielle SiliconÇle oder ParaffinÇle. Sie sind dadurch universeller einsetzbar als Seife, zumal ihre Wirkung unabhngig von der Wasserhrte ist.

5.6 Sonstige Inhaltsstoffe

129

5.6.5

Korrosionsinhibitoren

Kommen Teile aus Aluminium mit der stark alkalischen Waschflotte in BerÅhrung, so kommt es zu Korrosionsschden. Obwohl die korrosionsempfindlichen Teile moderner Waschmaschinen heute aus Edelstahl bestehen, kann nicht in jedem Fall der Kontakt mit Aluminium ausgeschlossen werden. Dem Waschmittel wird deshalb Natriummetasilicat Na2SiO3 (Wasserglas) oder Natriumdisilicat Na2Si2O5 zugesetzt. Das Silicat bildet auf dem Aluminium eine unlÇsliche Schutzschicht, die einen Kontakt mit der alkalischen Waschlauge verhindert. Da-rÅber hinaus unterstÅtzt Natriumsilicat durch die hohe Alkalitt den Waschprozess und hat eine starke Reinigungswirkung fÅr Metalloberflchen, so dass auch bei Edelstahlmaschinen eine positive Wirkung auftritt.

5.6.6

Duftstoffe

Duftstoffe in Waschmitteln wurden erstmals in den fÅnfziger Jahren verwendet.

Sie unterdrÅcken den typischen und hufig unangenehmen Geruch der Waschlauge und sollen der Wsche und dem Waschmittel einen angenehmen Duft ver-leihen. NatÅrlich soll eine mÇglichst frische, unaufdringliche Duftnote auch den Verkauf des damit versetzten Waschmittels fÇrdern. Obwohl sie in keiner Weise fÅr die Suberungswirkung des Waschmittels von Bedeutung sind, kÇnnen sie die Entscheidung zum Kauf eines bestimmten Waschmittels wesentlich beeinflussen. Wer auf Duftstoffe verzichten mÇchte, kann auf duftstofffreie Waschmittel zurÅckgreifen.

Waschmittelparfums sind komplexe Stoffgemische aus bis zu 50 verschiedenen natÅrlichen, naturidentischen und synthetischen Duftstoffen. Ihre Zusammensetzung ist immer ein streng gehÅtetes Geheimnis der ParfÅmeure. Viele in der Kosmetik verwendete Duftstoffkomponenten sind fÅr die Anwendung in Waschmitteln aufgrund ihrer chemischen Reaktionsfreudigkeit (hierzu zhlen Hydrolyseempfindlichkeit, Oxidierbarkeit, Temperaturempfindlichkeit) oder zu hoher Preise nicht geeignet.

Einige Duftstoffkomponenten, die Nitromoschusverbindungen und die polycyclischen Moschusverbindungen (Abb. 5.42), werden aus Çkologischer und toxikologischer Sicht kritisch beurteilt (vgl. auch Kap. 9.7) [28, 29]. Seit 1994 wird Moschusxylol, eine frÅher wichtige Nitromoschusverbindung, in Deutschland in Waschmitteln nicht mehr eingesetzt. Seit 1995 ist der Einsatz von Moschus-Am-brette, seit 1998 von Moschus-Tibeten und Moschus-Mosken EU-weit verboten.

Nitromoschusverbindungen insgesamt sind aus Waschmitteln heute weitgehend verschwunden, der Einsatz von polycyclischen Moschusduftstoffen ist stark zu-rÅckgegangen. Ersatzstoffe sind andere Duftstoffe, darunter die makrocyclischen Moschusduftstoffe (Abb. 5.42), die den natÅrlich vorkommenden Moschusduftstoffen strukturell sehr hnlich sind.

130

5 Inhaltsstoffe von Waschmitteln

Abb. 5.42

Synthetische Moschusduftstoffe.

5.6.7

Farbstoffe

Obwohl alle Waschmittelrohstoffe von Natur aus fast farblos sind, kann man im Waschmittel manchmal Einsprenkelungen beobachten. Dies hat Åberwiegend eine dekorative Bedeutung und dient der Produktakzeptanz. In bestimmten Fllen, besonders bei den flÅssigen Waschmitteln, die immer farbig auf dem Markt angeboten werden, sind die Farbstoffe zur berdeckung einer gewissen Eigenfrbung der Waschrohstoffe wichtig. Der Anteil der Farbstoffe im Produkt ist immer sehr gering.

5.6 Sonstige Inhaltsstoffe

131

5.6.8

FÅllstoffe und Konfektionierungshilfen

Als FÅllstoff oder Stellmittel fÅr pulverfÇrmige Waschmittel wird im Allgemeinen Natriumsulfat (Na2SO4) verwendet. Es soll fÅr eine gute Rieselfhigkeit, gute Do-sierbarkeit und LÇslichkeit des Waschmittels sorgen. Ein geringer Anteil Natriumsulfat ist hufig produktionstechnisch (aus der Tensidproduktion) nicht zu vermeiden. Obwohl moderne Superkompaktwaschmittel keine zustzlichen FÅllstoffe mehr benÇtigen, ist der Verbrauch an Natriumsulfat in Wasch- und Reinigungsmitteln in Deutschland in den letzten Jahren wieder angestiegen. Die GrÅnde dafÅr liegen einerseits in der ErhÇhung des Marktanteils der „Normalware“ bei pulverfÇrmigen Waschmitteln, die zum Teil hÇhere Anteile an FÅllstoffen aufweisen und andererseits in der Zunahme zeolithfreier bzw. zeolitharmer sogenannter lÇslicher Enthrtersysteme. Diese benÇtigen einen Zusatz von Natriumsulfat fÅr eine gute Riesel- und Lagerfhigkeit bei im Vergleich zu zeolith-basierten Rezepturen gleicher Dosierung. Der Verbrauch an Natriumsulfat ist von 63.000 Tonnen im Jahr 2002 auf 83.000 Tonnen im Jahr 2008 gestiegen.

Bei der Herstellung flÅssiger Waschmittel werden als Konfektionierungshilfen Alkohole und LÇsungsvermittler verwendet. Sie dienen der besseren Mischbarkeit der Waschmittelrohstoffe, kÇnnen Ausfllungen und Phasentrennung bei Tempe-raturschwankungen verhindern und verbessern die LÇslichkeit beim EinspÅlvorgang in der Waschmaschine. Niedere Alkohole, die wichtigsten sind Ethanol, Iso-propanol und 1,2-Propylenglykol, haben mehrere Aufgaben in flÅssigen Waschmitteln. Als LÇsungsmittel steigern sie die schmutzablÇsende Wirkung der Tenside. Zustzlich wirken sie in hÇherer Konzentration als Konservierungsmittel und dienen zur Stabilisierung von Enzymen in flÅssigen Produkten. Zur UnterstÅtzung der stabilisierenden Wirkung werden manchmal zustzlich Polyethylenglycole, Glycerin, Harnstoff und Borsure eingesetzt.

5.6.9

Konservierungsstoffe

Wasserhaltige (flÅssige) Wasch- und Waschhilfsmittel bedÅrfen der Konservierung, soweit sie nicht durch die Art der Inhaltsstoffe, z. B. Alkohole oder Tenside, selbstkonservierend sind. Nur so lsst sich eine ausreichende Lagerfhigkeit ohne mikrobiellen Befall auch bei angebrochener Verpackung erreichen. In Wasch-und Waschhilfsmitteln werden Åblicherweise Konservierungsstoffe verwendet, die auch fÅr Kosmetika zugelassen sind. Die Obergrenzen fÅr die Konzentration der Konservierungsstoffe richten sich ebenfalls nach der zulssigen HÇchstkon-zentration gemß Kosmetikverordnung. Seit 2005 werden die verwendeten Konservierungsstoffe mit der INCI-Bezeichnung auf der Verpackung von Wasch- und Reinigungsmitteln deklariert (EU-Detergenzienverordnung).

Wichtige in flÅssigen Wasch- und Waschhilfsmitteln verwendete Konservierungsstoffe sind: Methylisothiazolinon, Octylisothiazolinon, Benzisothiazolinon, Didecyldimethylammoniumchlorid, Formaldehydabspalter (Tetramethylolglycol-

132

5 Inhaltsstoffe von Waschmitteln
uril, Natriumhydroxmethylglycinat), 2-Brom-2-nitro-1,3-propandiol (Bronopol) sowie Benzoesure und ihre Salze. Weitere Informationen zu Wirkungsweise und Anwendungen von antimikrobiellen Wirkstoffen finden sich in [30].

5.6.10

Sprengmittel

TablettenfÇrmige Wasch- und Waschhilfsmittel wie Waschmittel-, Wasserenthrter- oder Bleichbooster-Tabs sollen hinreichend robust und lagerfhig sein und doch in Kontakt mit Wasser schnell zerfallen. Damit das gewhrleistet ist, enthalten Tabs Zerfalls- oder Sprengmittel. Diese Hilfsmittel, die teilweise auch im Pharmasektor verwendet werden, lassen sich in vier Gruppen einordnen: x Brausesysteme, wie z. B. die Kombination von Hydrogencarbonat mit Citronensure, die bei Einwirkung von Feuchtigkeit Kohlenstoffdioxid-Gas entwickeln; x quellfhige Sprengmittel, wie z. B. quervernetztes Polyvinylpyrrolidon (PVP) oder kompaktierte Cellulose, die bei Einwirkung von Feuchtigkeit eine starke Volumenzunahme bewirken und einen Quelldruck aufbauen;
x gut lÇsliche Substanzen wie z. B. Natriumacetat oder -citrat, die vermutlich die Kapillaritt von Tabletten erhÇhen und damit den Wassertransport in die Tablette hinein fÇrdern;
x wasserlÇsliche Coatings (Beschichtungen) mit loser Struktur im Innern der Tablette.

In der Praxis werden hufig Kombinationen der verschiedenen Zerfalls- und Sprengmittel eingesetzt. Die Rezepturen der tablettenfÇrmigen Wasch- und Waschhilfsmittel sind den entsprechenden pulverfÇrmigen Produkten hnlich und unterscheiden sich im Wesentlichen durch den Anteil der Zerfalls- und Sprengmittel. Dieser liegt im Allgemeinen zwischen 5 % und 8 %, im Falle von Natriumacetat auch bis zu 30 % im fertigen Produkt.

Neben der Art und Menge des Zerfalls- und Sprengmittels hngen die Zerfalls-eigenschaften eines Tabs auch von der Rezeptur, dem Produktionsprozess und den Eigenschaften der Waschrohstoffe ab. Weitere Hilfsmittel, die in der Pharma-industrie beim Tablettieren verwendet werden, wie z. B. Binde-, Trenn- und Gleitmittel sind nur in einigen Produkten in sehr geringer Menge vorhanden.

5.6.11

Geruchsabsorber

Synthetische Textilien und ihre Mischungen mit Baumwolle haben fÅr den Verbraucher den unschtzbaren Wert des hohen Tragekomforts und einer langanhal-tenden Qualitt. Sie bleiben auch unter starken Beanspruchungen formstabil und schÇn. Nachteilig wirkt sich aus, dass diese Textilien schnell GerÅche aufnehmen und auch entstehen lassen. Hier erÇffnet sich ein Problemfeld, dem in der Vergangenheit nur mit Åberdeckenden ParfÅms Einhalt geboten werden konnte.

Diese erreichen durch eine erhÇhte Substantivitt von ParfÅmkomponenten auf

5.6 Sonstige Inhaltsstoffe

133
entsprechenden Textilien einen nachhaltigen Dufteindruck und somit in einem gewissen Umfang auch den Eindruck von Frische. Seit EinfÅhrung von sogenannten Textilpflegemitteln mit Geruchsabsorbern (Textilerfrischer), wo Salze auf Basis von Zink und Ricinolsure bzw. sogenannte Cyclodextrine zum Einsatz kommen, finden auch teilweise Anwendungen in Wasch- und Waschhilfsmitteln Raum in den Rezepturen.

Organische Zinksalze, z. B. Zinkricinoleat, zeichnen sich durch die besondere Fhigkeit aus, flÅchtige Substanzen mit Stickstoff oder Schwefelatomen, die hufig besonders geruchintensiv sind, zu komplexieren und damit unschdlich, d. h.

geruchlich nicht mehr wahrnehmbar, zu machen. Durch Molekular Modelling lsst sich berechnen, dass die Komplexierung zu einer starken Bindungsbildung zwischen Zink und Stickstoff bzw. Schwefelatom fÅhrt, wodurch eine erneute Freisetzung von Geruchstoffen verhindert wird. In wssriger Umgebung wird das System aktiviert und bedarf eines direkten Kontaktes mit dem Emittenten, der dann jedoch nicht mehr freigelassen wird, auch wenn erneut eine feuchte Umgebung fÅr den Geruchsabsorber geschaffen wird. Dadurch lsst sich eine langanhaltende Wirkung erzielen, die durch den gezielten Einsatz von ParfÅms verstrkt werden kann (Abb. 5.43).

Cyclodextrine sind helixartig angeordnete StrkemolekÅle, die einen Hohlraum im Innern ausbilden kÇnnen. Je nach Kettenlnge des StrkemolekÅls ist der In-nendurchmesser der Kavitt unterschiedlich. Hier werden kleinere Substanzen mit einem bestimmten hydrophil-hydrophoben Profil eingelagert und kÇnnen Åber die Zeit langsam freigesetzt werden (Abb. 5.44). Dies geschieht wiederum durch das Ersetzen durch andere kleine MolekÅle. Diese Gleichgewichtsreaktion ist auch die Basis fÅr eine Anwendung in Waschmitteln. Hierzu werden die Abb. 5.43

Wirkungsweise von Zinkricinoleat als Geruchsabsorber.

134

5 Inhaltsstoffe von Waschmitteln

Abb. 5.44

Wirkungsweise von Cyclodextrinen.

Cyclodextrine mit ParfÅm gesttigt und in die Waschmittelrezeptur eingearbeitet.

In Konkurrenz zu der eingebetteten ParfÅmsubstanz kÇnnen nun, z. B. auf dem Textil, theoretisch die Geruchsemittenten treten. Duftstoffe werden freigesetzt, whrend unerwÅnschte Geruchsstoffe im Hohlraum der Cyclodextrine eingelagert werden (s. auch Kap. 6.4 und Abb. 6.8).

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6.1 Waschhilfsmittel und Nachbehandlungsmittel

137

6

Waschhilfsmittel und Nachbehandlungsmittel

Im Handel werden eine Reihe verschiedener Produkte angeboten, die den Waschvorgang unterstÅtzen, die Gebrauchseigenschaften der Wsche erhÇhen oder bei problematischen Verschmutzungen Hilfe leisten. Diese Waschhilfsmittel lassen sich in zwei große Gruppen einteilen, die Waschhilfsmittel zur Vorbehandlung der Wsche oder als Additiv zum Waschmittel und die Nachbehandlungsmittel zur nachtrglichen Beeinflussung der Gebrauchseigenschaften der Wsche. Zu den Nachbehandlungsmitteln zhlt u. a. auch die wirtschaftlich bedeutende Gruppe der WeichspÅlmittel. Seit einigen Jahren wird das Angebot erweitert durch Textilerfrischer, die bei unangenehmen GerÅchen von textilen Faserstoffen jeglicher Art Abhilfe schaffen kÇnnen. Die Klassifizierung der Waschhilfsmittel zeigt Abb. 6.1
im berblick.

Abb. 6.1

Klassifizierung der Waschhilfsmittel.

Waschmittel. GÅnter Wagner

Copyright c 2010 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

ISBN: 978-3-527-32678-5

138

6 Waschhilfsmittel und Nachbehandlungsmittel

6.1

Waschhilfsmittel (Vorbehandlungsmittel und Waschmitteladditive)

Im modernen Waschvorgang wird weitgehend auf die Vorwsche verzichtet, bei tieferen Temperaturen gewaschen bzw. zunehmend hufiger mit Kurzzeit-Waschprogrammen gearbeitet. Damit auch unter diesen Bedingungen strkere oder hartnckige Verschmutzungen beseitigt werden, empfiehlt sich gegebenenfalls eine gezielte Vorbehandlung der Wsche. Waschhilfsmittel haben die Aufgabe, spezifische Waschleistungen der Waschmittel zu unterstÅtzen bzw. zu verstrken.

Sie werden als Pulver, Paste, FlÅssigkeit, Gel, Spray, PumpsprÅher oder in Form von TÅchern, die mit den Wirkstoffen versetzt sind, angeboten. Aufgrund der Produktvielfalt ist der Markt dieser Mittel recht unÅbersichtlich.

Waschhilfsmittel lassen sich klassifizieren nach der Art ihrer spezifischen Wirkung:

x Schwerpunktverstrker (Waschkraftverstrker, Fleckengel, Vorwaschgel, Vor-waschspray, Fettbooster) dienen zur Entfernung lokal auftretender Fett- und Pigmentverschmutzungen und werden direkt auf die Textilien aufgetragen.

Es sind sehr tensidreiche Mittel, die teilweise noch LÇsungsmittel enthalten, z. B. aliphatische Kohlenwasserstoffe (Reinigungsbenzin). Schwerpunktverstrker finden bevorzugt zur Vorbehandlung von Fett- und lflecken wie SalatÇl, Sonnencreme, Soßen, MaschinenÇl oder Kragenschmutz Anwendung. Es
gibt sie als FlÅssigkeit, Paste oder Gel, in Verbindung mit Reinigungsbenzin sind sie auch als Spray (mit Propan oder Butan als Treibgas) oder PumpsprÅher im Handel. In pastenfÇrmiger Form sind Schwerpunktverstrker auch als Handwasch- und Reisewaschmittel geeignet.

x Einweichmittel sind strker alkalisch eingestellte Hilfsmittel (pH-Wert bis etwa 12) mit geringem Tensidanteil. Sie erniedrigen die Schmutzhaftung und be-gÅnstigen Quellungsvorgnge bei polymeren Anschmutzungen.

x Separate Bleichmittel, zu denen Fleckensalze und -tabs, milde Bleichen und Waschkraftverstrker gehÇren, sind die wirtschaftlich bedeutendsten Waschhilfsmittel. In den letzten Jahren haben sie durch verbesserte und erweiterte Rezepturen noch an Bedeutung gewonnen. Sie kÇnnen sowohl zur Wschevorbehandlung als auch als Waschmittel-Additiv angewendet werden. Grundstzlich ist jedes separate Bleichmittel, ob fest, flÅssig oder gelfÇrmig, als Waschmittel-Additiv geeignet. Die bei Bedarf zustzliche Dosierung separater Bleichmittel zum Waschmittel entspricht in den GrundzÅgen der ursprÅnglichen Idee der Baukastenwaschmittel. Die wichtigsten separaten Bleichmittel sind: a) Fleckensalze und Fleckentabs enthalten ein Bleichmittel (in der Regel Natriumpercarbonat) in Verbindung mit einem Bleichaktivator (TAED). Teilweise werden zustzlich noch Enzyme verwendet. Zur unterstÅtzenden Wirkung sind GerÅststoffe und in geringen Mengen Tenside enthalten. Die Rahmenrezeptur zeigt Abb. 6.2.

6.1 Waschhilfsmittel (Vorbehandlungsmittel und Waschmitteladditive) 139
b) Seit 1996 sind flÅssige Bleichmittel („FleckenlÇser“, „Milde Bleichen“, flÅssige

„Waschkraft-Booster“) auf Basis von Wasserstoffperoxid als Vorbehandlungsmittel oder Waschmittel-Additiv im Handel erhltlich (s. auch Kap. 5.4). Die Rahmenrezeptur zeigt Abb. 6.3.

c) Seit 2003 wird das Angebot an separaten Bleichmitteln durch Waschkraftverstrker („Oxi Waschkraft-Booster“ u. a.) ergnzt. Die Zusammensetzung dieser Produkte entspricht im Wesentlichen den Fleckensalzen, der Tensid- und En-zymanteil sind jedoch erhÇht worden und weitere Inhaltsstoffe, z. B. Duftstoffe Inhaltsstoff

Anteil in %

Funktion

Natriumpercarbonat

15 – 50

Bleichmittel

TAED

3 – 10

Bleichaktivator

Anionische und nichtionische Tenside

5 – 15

Benetzung

Gerüststoffe (Soda, Silicate, Polycarboxylate)

15 – 30

Wasserenthärtung, Reinigungs-
wirkung

Organische Komplexbildner

5 – 10

Lösen der Schmutzmatrix

Enzyme (Amylase, Protease, Lipase)

jeweils < 0,1

Schmutzablösung eiweiß-, stärke-
und fetthaltiger Verschmutzungen

Quelle: Reckitt Benckiser, 2009

Abb. 6.2

Rahmenrezeptur von Fleckensalzen und Waschkraftverstrkern (Produkte mit einem Anteil an Natriumpercarbonat von mehr als 25% erfordern die Gefahrstoffkennzeichnung

„Gesundheitsschdlich“).

Inhaltsstoffe

Beispiele

Flüssig

Sprühfl asche

Funktion

Anteil in %

Anteil in %

Nichtionische

Fettalkoholethoxylate

5 – 15

< 5

Benetzung/

Tenside

Schmutzablösung

Anionische

Natrium Laurylethersulfate (FES),

2 – 10

2 – 10

Benetzung/

Tenside

Natrium Alkylbenzolsulfonate (LAS)

Schmutzablösung

Bleichmittel auf

Wasserstoffperoxid

5 – 10

< 5

Bleichmittel

Sauerstoffbasis

Phosphonate

ATMP, DTPMP, HEDP

< 1

< 1

Bleichstabilisator

Parfüm

Parfüm

+ +

Angenehmer

Duft

Farbstoffe

Farbstoffe

+

+

Angenehme Erscheinung,

Applikationshilfe

Farbübertragungs-

Farbschutz-Polymere

(+)

–

Verfärbungsschutz
inhibitor

Konservierungs-

Methylisothiazolinone,

–

(+)

Konservierung
mittel

Benzisothiazolinone

(+) = nur in einigen Produkten enthalten

Quelle: Reckitt Benckiser, 2009

Abb. 6.3

Rahmenrezepturen von flÅssigen Bleichen.

140

6 Waschhilfsmittel und Nachbehandlungsmittel
oder optische Aufheller, sind hinzugekommen. Diese Mittel kÇnnen zur gezielten Fleckvorbehandlung, zum Einweichen oder als Waschmittel-Additiv eingesetzt werden. Im letzteren Fall kÇnnen sie die Leistung der Waschmittel im unteren Temperaturbereich verbessern. Bei der Anwendung sind die Hersteller-hinweise zu beachten. (s. Abb. 6.2).

x Separate Wasserenthrter: In modernen Waschmitteln sind genÅgend wasserenthrtende Inhaltsstoffe bereits in der Rezeptur enthalten, separat angebotene Enthrter kÇnnen aber besonders in Gebieten mit sehr hoher Wasserhrte zu-stzlich zum Waschmittel dosiert werden. Die empfohlene Waschmitteldosierung kann in diesem Fall verringert werden entsprechend dem Hrtebereich I (weiches Wasser). Wasserenthrter werden als Pulver, Tabletten oder in flÅssiger Form angeboten. Rahmenrezepturen dazu zeigt Abb. 6.4.

x Seit 2002 werden separate FarbÅbertragungsinhibitoren (vgl. Kap. 5.6) in Form von Pulver oder wirkstoffhaltigen TÅchern angeboten. Sie verhindern im gewissen Maße eine FarbÅbertragung zwischen verschiedenfarbigen Wscheteilen beim Waschen und unterstÅtzen die farberhaltene Wirkung der Colorwaschmittel, kÇnnen aber auch gemeinsam mit anderen Waschmitteltypen angewendet werden.

x Spezial-Fleckentferner werden zur Wschevorbehandlung eingesetzt und sind sehr spezifisch fÅr einzelne Fleckenarten optimiert. Es gibt eine große Produktvielfalt in flÅssiger Form, als Paste oder Spray. Im Rahmen dieses Buches wird nicht nher darauf eingegangen. Vertiefende Informationen finden sich z. B. in

[1]. Entfrber kÇnnen bestimmte, durch Reduktionsmittel angreifbare Textilfarbstoffe (z. B. Azofarbstoffe) und farbige Verschmutzungen entfrben. Entfrber enthalten Natriumdithionit als Reduktionsmittel, Soda dient zur ErhÇhung des pH-Wertes.

Funktion

Bestandteil

Pulver

Flüssig

Tablette

Builder

Citrate und Citronensäure,

60 – 80%

10 – 20%

40 – 60%

Zeolithe

Dispergiermittel

Polycarboxylate

5 – 30%

5 – 10%

10 – 30%

Bindemittel

Cellulose Derivative,

0 – 2%

0

3 – 10%

Polymere Glycolether

Sprengmittel

Cellulose Derivate,

0

–

0 – 12%

(Disintegrants)

Hydrogencarbonat

Stellmittel

Polymere Glycolether

8 – 40%

0

0 – 15%

Natriumsulfat

Verdicker

Polycarboxylate, Xanthan Gum and

0

0 – 2%

0

Cellulose Derivate

Farbe

Farbstoff

0

< 0,1%

< 0,1%

Geruch,

Parfüm,

< 0,5%

Konservierung

Konservierungsmittel

Lösungsmittel

Wasser

70 – 85%

Quelle: Reckitt Benckiser, 2009

Abb. 6.4

Rahmenrezeptur von separaten Wasserenthrtern.

6.2 WeichspÅlmittel und Gewebeconditioner

141

6.2

WeichspÅlmittel und Gewebeconditioner

WeichspÅlmittel sind die wirtschaftlich bedeutendste Gruppe der Nachbehandlungsmittel. Sie wurden 1963 am Markt eingefÅhrt und waren eine Folge der ge-
nderten Waschmittelrezepturen und Waschgewohnheiten. Seife verleiht der W-
sche durch RÅckstnde von Kalkseife und Reste an unverseiften Fetten von Natur aus einen gewissen weichen Griff. Nachdem Ende der fÅnfziger Jahre die Seife durch moderne und leistungsfhigere anionische und nichtionische Tenside ersetzt wurde, vernderte sich das sensorische Empfinden beim Anfassen der W-
sche. Die Wsche fÅhlte sich im Vergleich zum Waschen mit Seife rauer an. Verstrkt wird die Rauigkeit oder Griffverhrtung durch Trocknen in Innenrumen bei fehlender mechanischer Bewegung der Wsche. Ursache dieser Griffverhrtung ist ein Verhaken und „Verkleben” von Textilfasern untereinander, bedingt durch die Rauigkeit der Faseroberflchen und durch die Ausbildung starker zwischenmolekularer Anziehungskrfte aufgrund von WasserstoffbrÅckenbindungen oder Dipolkrften. WeichspÅler schaffen hier wirksame Abhilfe.

Die wesentlichen Wirksubstanzen der WeichspÅlmittel, manchmal auch Avivagemittel genannt, sind kationische Tenside (s. Kap. 2.4). Die kationischen Tenside belegen die Faseroberflche wobei der hydrophobe Teil der TensidmolekÅle nach außen ragt. Diese mehr oder weniger starke Hydrophobierung der Oberflche verhindert starke Assoziationen der Fasern untereinander, fÅhrt zur Faserglttung und zur gewÅnschten Weichheit der WschestÅcke (Abb. 6.5). Da kationische Tenside mit anionischen Tensiden, die in jedem Waschmittel vorhanden sind, schwerlÇsliche Verbindungen bilden, werden WeichspÅler erst dem letzten SpÅlbad zugesetzt, damit ihre Wirkung auf die Fasern nicht durch evt. vorhandene anionische Tenside behindert wird. Die kationischen Tenside werden im nchsten Waschvorgang mit dem Waschmittel von der Faser entfernt. WeiterfÅhrende Informationen zur Chemie und Grenzflchenaktivitt der kationischen Tenside finden sich in den Kapiteln 2 und 3.

Bis Ende der achtziger Jahre war das kationische Tensid Distearyl-dimethylammoniumchlorid (DSDMAC) der gebruchliche Wirkstoff der WeichspÅlmittel.

Dieser Wirkstoff wird wegen mangelnder biologischer Abbaubarkeit seit vielen Jahren nicht mehr verwendet. Seit 1991 haben sich Esterquats (Strukturformeln s. Abb. 2.22) als Standardwirkstoffe in HaushaltsweichspÅlern durchgesetzt, die Çkologisch umfassend untersucht worden sind und sich durch eine gute Umweltvertrglichkeit und leichte biologische Abbaubarkeit auszeichnen (Abb. 6.6). Weitere Informationen zur kologie der Kationtenside finden sich in Kapitel 9. Der am hufigsten eingesetzte Wirkstoff ist TEA-Esterquat (vgl. Abb. 2.22).

Voraussetzung fÅr den WeichspÅleffekt der Kationtenside ist eine gute Faserhaftung, die durch die positive Ladung und eine geringe WasserlÇslichkeit der Wirkstoffe unterstÅtzt wird. Wegen der schlechten WasserlÇslichkeit liegen die Kationtenside in Handelsprodukten als wssrige Suspension vor. Die ersten Anfang der 1960er Jahre auf dem Markt angebotenen Produkte enthielten nur geringe Konzentrationen von Kationtensiden (max. 5 %). HÇhere Konzentrationen

142

6 Waschhilfsmittel und Nachbehandlungsmittel

Abb. 6.5

Faserglttender Effekt von WeichspÅlmitteln. Baumwollfaser in

6000-facher VergrÇßerung, ohne (l.) und mit (r.) WeichspÅler.

Abb. 6.6

WeichspÅlerwirkstoffe frÅher und heute.

fÅhrten mit den damaligen Rohstoffen zu nicht stabilen Suspensionen, so dass das Produkt wegen zu hoher Viskositt nicht mehr abfÅllbar war.

Durch neue Rohstoffe und die Kombination verschiedener Kationtenside und Niotenside ist es in der Folgezeit gelungen, WeichspÅlerkonzentrate mit hÇherem Kationtensid-Gehalt (18 % bis 25 %) herzustellen. Seit 1988 und in den Folge-jahren wurden WeichspÅler hufig mit hohen Aktivgehalten zwischen 15 und 20 %, vereinzelt sogar darÅber, hergestellt und vertrieben. In den letzten Jahren (beginnend seit etwa 2000) sind die Aktivgehalte von WeichspÅlern wieder auf etwa 10 bis maximal 15 % Kationtensid-Gehalt reduziert worden. (Rahmenrezeptur s. Abb. 6.7). DafÅr gibt es mehrere GrÅnde: Kationtensidkonzentrationen schon oberhalb 17 % kÇnnen unter ungÅnstigen Lagerbedingungen (zu hohe/
zu niedrige Lagertemperatur und/oder lange Lagerzeiten) zur Gelbildung fÅhren.

Die Produkte sind dann nicht mehr gießfhig und abfÅllbar. Außerdem dosieren viele Verbraucher gerade bei WeichspÅlern hufig „nach GefÅhl“ bzw. “nach Geruch“ und nicht nach der auf der Verpackung angegebenen Dosiervorschrift.

Dadurch kommt es bei WeichspÅlern mit sehr hohen Aktivgehalten leicht zu einer deutlichen berdosierung an Kationtensid. Bei hoher Wirkstoffkonzentra-

6.2 WeichspÅlmittel und Gewebeconditioner

143

Abb. 6.7

Inhaltstoffe und Rahmenrezeptur von WeichspÅlmitteln.

tion kann es Probleme durch RÅckstnde von WeichspÅlermittel in der EinspÅlkammer der Waschmaschine geben.

Seit 2009 werden auch WeichspÅlmittel mit wieder deutlich geringeren Wirk-stoffgehalten angeboten (4–5 %).

In einigen Handelsprodukten werden neben dem Kationtensid noch polymere Siliconverbindungen eingesetzt. Geeignete Siliconverbindungen basieren auf Polydimethylsiloxanen mit seiten- oder endstndigen aminofunktionellen Gruppen [2]. Durch Protonierung des Amino-Stickstoffs kommt es zur Bildung von kationischen Gruppen, die fÅr genÅgend feste Haftung des Siliconpolymers auf den Textilfasern sorgen. Durch Zusatz von Siliconen kann der Tensidgehalt des Produktes insgesamt reduziert werden. Das gilt sowohl fÅr das Kationtensid als auch fÅr zugesetzte Niotenside, die als Emulgatoren wirken. DarÅber zeigen Siliconverbindungen mit Kationtensiden Synergieeffekte, der Wscheweichgriff und die Faserglttung (BÅgelerleichterung) werden nochmals verbessert. Da die speziellen Siliconpolymere relativ teuer sind und vernderte Rezepturen und Herstellungsverfahren erfordern, ist ihre Verwendung bisher gegrenzt.

Abbildung 6.8 zeigt den Verbrauch von WeichspÅlmitteln in Deutschland von 1985 bis 2008. Im Jahr 2008 wurden in Deutschland WeichspÅlmittel im Wert von 285 Millionen Euro (Endverbraucherpreise) verbraucht.

Neben der verbesserten Weichheit der Wsche entfalten WeichspÅlmittel eine Reihe weiterer Vorteile [3]:

x WeichspÅlmittel verringern die Reizwirkung von Textilfasern auf der Haut. Bei einer klinischen Studie, an der sich Personen mit empfindlicher und atopischer Haut beteiligten, konnten in vielen Fllen die Hautreizungen durch Wsche herabgesetzt werden, wenn diese zuvor mit WeichspÅler behandelt worden war ([4-6] vgl. auch Kap. 8.5). Die deutsche Haut- und Allergiehilfe e. V. (DAH) empfiehlt daher fÅr Menschen mit sehr empfindlicher Haut die Anwendung von WeichspÅlern [7].

144

6 Waschhilfsmittel und Nachbehandlungsmittel

Abb. 6.8

Verbrauch an WeichspÅlmitteln in Deutschland 1985 bis 2008.

x Durch die beim WeichspÅlen erfolgte Glttung der Fasern sinkt der Energiebedarf beim Trocknen und BÅgeln, denn die Wsche hat nach dem Schleudern weniger Knitterfalten und das BÅgeln wird leichter. Bis zu 10 % der wÇchent-lichen BÅgelzeit kann so eingespart werden.

x Die Lebensdauer der Wsche verlngert sich durch den besseren Faserschutz (bis zu 20 % weniger Faserabrieb) und der Wert der Textilien bleibt lnger erhalten. Dieses Argument ist besonders fÅr Textilien von Bedeutung, die weniger den modischen AnsprÅchen ausgesetzt sind und erst nach einem gewissen Ab-nutzungsgrad aussortiert werden, z. B. HandtÅcher.

x WeichspÅlmittel verringern eine elektrostatische Aufladung von Textilien, die vor allem bei synthetischen Fasern und bei Bewegung der Wsche, z. B. im W-
schetrockner, auftritt. Textilien mit hohem Synthetikfaseranteil werden „anti-statisch“, d. h. sie knistern weniger, kleben nicht auf der Haut und werden nicht so leicht wieder schmutzig.

x Neben dem eigentlichen WeichspÅleffekt ist heute der durch die WeichspÅlmittel erzeugte angenehm frische Duft der Wsche ein ganz wesentliches Kaufkri-terium geworden.

Den unbestreitbaren technologischen Vorteilen der WeichspÅlmittel stehen auch einige Nachteile gegenÅber:

x Der Einsatz von WeichspÅlern kann zu einer verlangsamten Wasseraufnahme bei Textilien fÅhren. Dieser Effekt ist besonders bei HandtÅchern unerwÅnscht und kann als stÇrend empfunden werden. Diese Wirkung ist stark dosierabhngig und kann bei modernen WeichspÅlern im Fall der korrekten Dosierung

6.2 WeichspÅlmittel und Gewebeconditioner

145

Abb. 6.9

Wasseraufnahmegeschwindigkeit von Textilien in Abhngigkeit von der WeichspÅlbehandlung. Je grÇßer die angegebene Zeit, desto langsamer verluft die Wasseraufnahme.

nahezu vollstndig unterdrÅckt werden. Allerdings gibt es zwischen den verschiedenen Handelsprodukten deutliche Unterschiede (Abb. 6.9). Die Dosierangaben mÅssen genau beachtet werden. Bei berdosierung fÅhlt sich die Wsche schmierig und fettig an und die Wasseraufnahme ist immer deutlich verzÇgert.

x WeichspÅler wurden, wie auch Waschmittel, des fteren im Zusammenhang mit Hautreaktionen an behandelten Textilien in Verbindung gebracht. HierfÅr gibt es jedoch keine medizinischen Anhaltspunkte.

x Das Duftempfinden ist individuell. Eine intensive Duftnote kann auch als lstig und unangenehm empfunden werden. In Einzelfllen kÇnnen Duftstoffe Allergien und Unvertrglichkeitsreaktionen hervorrufen. Um diese Substanzen zu erkennen und betroffene Personen zu informieren, sind kritische Duftstoffe auf den Verpackungen kennzeichnungspflichtig. Weitere Informationen dazu finden sich in den Kapiteln 5.6.6 und 8.4.

x Bei Anwendung von WeichspÅlmitteln steigt die Tensidbelastung durch kationische Tenside in Klranlagen und in der Umwelt. Die Kationtenside ziehen zwar zu 90–95 % auf die Wsche auf, wirken aber beim nchsten Waschen als Schmutzbelastung und gelangen gemeinsam mit dem Waschmittel ins Abwasser. Eine Çkologische Bewertung der Verwendung von WscheweichspÅlmitteln muss jedoch differenziert gesehen werden, da der erhÇhten Tensidbelastung eine – wenn auch geringe – Energieersparnis beim Trocknen und BÅgeln gegenÅbersteht [8]. Bezogen auf die Çkologischen Auswirkungen des Waschens insgesamt ist der Anteil der WeichspÅlmittel verhltnismßig gering (s. Kap. 10).

146

6 Waschhilfsmittel und Nachbehandlungsmittel

Neben den hier beschriebenen klassischen WeichspÅlmitteln gibt es eine Reihe weiterer Produkte am Markt, die den WeichspÅleffekt nutzen und fÅr spezielle Anwendungen konzipiert sind bzw. einen Zusatznutzen anbieten.

Trocknerhilfsmittel

Textilien, die im Wschetrockner getrocknet werden, benÇtigen wegen der intensiven, die Faser auflockernden Bewegung eigentlich keine WeichspÅlerbehandlung mehr. Trotzdem werden in manchen Haushalten auch in diesem Fall kationische Tenside verwendet, denn aufgrund der durch den WeichspÅlereinsatz er-reichten Hydrophobierung der Textiloberflchen lsst sich die Trocknungszeit der Wsche um bis zu 10 % verkÅrzen. Weiterhin dient der WeichspÅlereinsatz hufig zur Verbesserung des Duftes der Wsche.

Als Trocknerhilfsmittel eingesetzte WeichspÅlmittel werden entweder in flÅssiger Form im letzten SpÅlbad zugesetzt oder in Form eines mit Kationtensid be-legten Tuches, welches der Wsche im Trockner beigelegt wird, verwendet. Durch KontaktÅbertragung erfolgt hier der bergang des Kationtensids vom Tuch auf die Wsche. Die Dosierung liegt hierbei um 50–60 % niedriger als beim WeichspÅlen in der Waschmaschine. DarÅber hinaus gibt es seit neuerer Zeit flÅssige WeichspÅlformulierungen im Markt, die speziell fÅr den anschließenden Trock-nereinsatz entwickelt wurden. Sie enthalten relativ niedrige Esterquatkonzentra-tionen von ca. 5 % und trocknergeeignete, hitzebestndige ParfÅmierungen („Trocknerfrische“).

Duftintensive WeichspÅler

Da fÅr viele Verbraucher die ParfÅmierung der Wsche mit dem dadurch erhaltenen „frischen Duft“ ein wesentlicher Grund fÅr den Einsatz von WeichspÅlmitteln ist, haben die Hersteller darauf reagiert und bieten WeichspÅler mit besonders intensiven DÅften an („Aromatherapie“, „Mystery“, „FrÅhlingsfrisch“
u. a.). Durch regelmßige ParfÅmierungswechsel soll zudem die Attraktivitt der Produkte erhÇht werden. Viele WeichspÅlprodukte werden in Form breit ge-fcherter Duftsortimente angeboten, die sich bei gleicher Rezeptur nur durch unterschiedliche ParfumÇle unterscheiden. Um einen besonders lang anhaltenden Dufteindruck zu erzielen, werden auch verkapselte Duftstoffe eingesetzt. Bei mechanischer Beanspruchung der getrockneten Wsche werden die Duftkapseln zerstÇrt und die Duftstoffe zeitverzÇgert freigesetzt. Ein Teil des Dufteindruckes entsteht also erst beim Tragen der Wsche.

2-in-1-Waschmittel

Ein 2-in-1-Waschmittel vereinigt ein „normales“ Waschmittel mit einem zustzlichen Wscheweichmachungssystem. Der WeichspÅleffekt wird dabei aber nicht durch ein kationisches Tensid erzielt, sondern entweder durch eine sehr feinkÇrnige Tonerde oder Siliconverbindungen. 2-in-1-Waschmittel haben in Europa, mit Ausnahme von Großbritannien, keine nennenswerte wirtschaftliche Bedeutung.

6.2 WeichspÅlmittel und Gewebeconditioner

147

Mit Hilfe eines Flockungsmittels (hochmolekulares Polyethylenoxid) zieht die Tonerde auf die Faser auf. Die anionischen Tenside des Waschmittels verstrken die Faserhaftung der Tonerdeteilchen. Durch die Tonerdeteilchen wird ein trockener Wscheweichgriff erzielt, der sich von herkÇmmlichen WeichspÅlmitteln unterscheidet, die sich eher ein wenig „fettig“ anfÅhlen. Ergnzt wird der WeichspÅleffekt durch optimierte Duftstoffe, die an den Tonerdeteilchen adsorbiert werden und ihren Duft Åber einen lngeren Zeitraum abgeben. Unangenehme Ge-rÅche (Zigarettenrauch, KÅchengerÅche) werden dadurch einige Zeit Åberdeckt.

Anstelle der Tonerde werden auch Siliconverbindungen (Polydimethylsiloxane oder mit Amino- und Polyetherfunktion modifizierte Silicone) in 2-in-1-Waschmitteln eingesetzt [9]. Die Silicone ziehen auf die Faser auf und verbessern Weichgriff und Formerhalt der Wsche.

Gewebeconditioner

In den letzten Jahren sind neben dem Weichgriff der Wsche weitere Vorteile von WeichspÅlmitteln in den Vordergrund getreten und haben zu neuen Produktkon-zepten gefÅhrt, die unter dem Namen Gewebeconditioner oder BÅgelerleichte-rungsmittel angeboten werden. Je nach Hersteller gibt es verschiedene Technologien zur Rezeptur-Gestaltung dieser Produkte:

1. Einige Produkte enthalten zustzlich zum klassischen Kationtensid, dem Esterquat, noch Siliconverbindungen. Der zustzliche Wirkstoff fÅhrt zu einer sehr effektiven Faserglttung und damit zu einer BÅgelerleichterung. Zum Teil werden Siliconverbindungen auch in herkÇmmlichen WeichspÅlmitteln verwendet, ohne diese speziell auszuwerben.

2. Es werden neuartige kationische Tenside verwendet. Diese Kationtenside entsprechen in ihrer Struktur den Esterquats, nur tragen sie statt der Åberwiegend gesttigten nun ungesttigte Fettsurereste aus pflanzlichen len. Mit Hilfe von LÇsungsvermittlern und Tensiden lassen sich klare Formulierungen herstellen. Im Vergleich zu der milchartigen Suspension der bei Raumtemperatur festen Kationtenside der herkÇmmlichen WeichspÅler handelt es sich bei Ge-webeconditionern dieses Typs um eine durchscheinende Emulsion der „flÅssigen“ Kationtenside in Wasser. Als LÇsungsvermittler werden mehrwertige Alkohole verwendet. Diese Zusammensetzung fÅhrt dazu, dass die weichpflegenden Kationtenside in deutlich kleineren und strker flexiblen micellhnlichen Verbnden vorliegen als in herkÇmmlichen WeichspÅlern. Dadurch ziehen die Tenside nicht nur oberflchlich auf die Textilfasern auf, sondern sie kÇnnen tiefer und gleichmßiger in das Gewebe eindringen, ohne einen flchen-deckenden wasserabweisenden Film auf der Oberflche zu hinterlassen. Die Geschwindigkeit der Absorption von Feuchtigkeit in die Fasern wird dadurch nicht so sehr verringert.

Aufgrund hochwertiger Rohstoffe werden Gewebeconditioner deutlich teurer angeboten als herkÇmmliche WeichspÅlmittel. Da der Zusatznutzen gegenÅber den herkÇmmlichen WeichspÅlmitteln fÅr die Verbraucher nur begrenzt erfahrbar ist, haben Gewebeconditioner bisher nur eine sehr geringe Bedeutung am Markt er-

148

6 Waschhilfsmittel und Nachbehandlungsmittel
langt und werden zum Teil nicht mehr angeboten. 2008 betrug der Marktanteil der Gewebeconditioner an den Nachbehandlungsmitteln in Deutschland 0,4 %
mit einem Verkaufswert von rund 1 Mill. U [10].

6.3

Weitere Nachbehandlungsmittel

Durch den Einsatz von weiteren Nachbehandlungsmitteln – als Zusatz im letzten SpÅlbad oder zum Aufbringen nach dem Waschen – versucht man, den Gebrauchswert der Wsche zu verbessern oder den Textilien bestimmte Eigenschaften wiederzugeben, die durch das Waschen beeintrchtigt wurden.

Wschesteifen sind Mittel auf Basis von Naturstrken oder in neuerer Zeit auch verstrkt auf Basis von synthetischen Polymeren, z. B. Polyvinylacetat. Sie werden eingesetzt, wenn eine steife und fÅllige Formgebung der Wsche erwÅnscht ist, z. B. bei Hemdkragen oder hnlichem. Es gibt sie als pulverfÇrmige und flÅssige Mittel.

Mit FormspÅler behandelte Textilien werden im Faserverband gefestigt. Die W-
sche erhlt je nach Dosierung einen leichten Appretur- bis krftigen Strkeeffekt.

FormspÅler wirken weiterhin als BÅgelhilfe. Es sind flÅssige Mittel, die als wesentliche Wirksubstanzen synthetische Polymere, Åberwiegend Polyvinylacetat, seltener Strke oder modifizierte Strke enthalten, die auf die Faser aufziehen.

BÅgelhilfen, SprÅhstrken und Antifaltensprays enthalten als Wirkstoffe Siliconverbindungen, die auf die Faser aufziehen und beim BÅgeln als Gleithilfe wirken und teilweise noch modifizierte Strke zur Faserfestigung (SprÅhstrken). Es gibt sie als PumpsprÅher oder in Sprayform mit Propan oder Butan als Treibmittel.

BÅgelhilfen wirken auch ohne BÅgeln im gewissen Maße faserglttend, wenn nach dem AufsprÅhen die noch feuchte Wsche, z. B. Freizeitkleidung, mit der Hand gestrafft, glatt gezogen und anschließend zum Trocknen aufgehngt wird („Antifaltenspray“).

HygienespÅler werden dem letzten SpÅlwasser zugesetzt und enthalten einen antimikrobiellen Wirkstoff, hufig Benzalkoniumchlorid, und zustzlich nichtionische Tenside. Sie kÇnnen die Keimbelastung der Wsche verringern und haben ihr Einsatzgebiet in Fllen von erhÇhten Gesundheits- und Hygienerisiken (s.

auch Kap. 8.5).

Gardinen-WeißspÅler werden dem letzten SpÅlbad in der Waschmaschine zugesetzt, um den Weißgrad von Gardinen zu erhÇhen, die hufig aus Synthetikfasern bestehen und leicht vergrauen. Sie enthalten modifizierte Strke zur Faserfestigung sowie Weißpigmente und Optische Aufheller, die auf die Faser aufziehen und den Weißeindruck verbessern.

BÅgelwasser enthlt als Hauptbestandteil mineralarmes (demineralisiertes) Wasser, zustzlich ein Konservierungsmittel und hufig noch Duftstoffe. Es dient gemischt mit Leitungswasser zur Verwendung in DampfbÅgeleisen.

Textilerfrischer

149

6.4

Textilerfrischer

Textilerfrischer sind milde Reinigungsprodukte, die GerÅche aus nahezu allen textilen Materialien entfernen. Sie werden angewandt fÅr Heimtextilien, Polster-mÇbel, Kleidung, aber auch Autositze, HundekÇrbe, Kinderwagen oder Matrat-zen. Sie sind geeignet fÅr alle Textilien, die im Gegensatz zu harten Oberflchen nur schwer abzuwaschen, zu reinigen oder zu shampoonieren sind, oder fÅr Kleidung, die man zwischendurch auffrischen mÇchte. Im Handel sind Textilerfrischer seit 1999 erhltlich. Sie werden als Pumpsprays auf Wasserbasis angeboten.

2003 ist es einem Hersteller gelungen, die geruchsentfernende Wirkung von Cyclodextrin mit einem WeichspÅler direkt in die Wsche einzubringen. Seit 2004
wird auch ein Spezialwaschmittel mit dem Wirkstoff eines Textilerfrischers (Zinkricinoleat) angeboten.

FÅr Textilerfrischer gibt es verschiedene Produktkonzepte. Die Wirkung beruht entweder auf dem geruchseinkapselnden Aktivstoff Cyclodextrin, der aus Mais-strke hergestellt wird, oder auf Basis von Zinkricinoleat. Die Sprays enthalten in der wssrigen LÇsung in geringen Konzentrationen unter anderem noch ParfÅm, eventuell Tenside und einen Konservierungsstoff zur mikrobiologischen Stabilisierung.

Cyclodextrin, der am hufigsten eingesetzte Wirkstoff, entsteht beim enzymati-schen Abbau von Strke. Es ist ein ringfÇrmiges Oligo-Saccharid, das aus 6 bis 8

D-Glucose-Einheiten besteht (s. Abb. 5.44). Dieser Ring zeigt außen hydrophile Eigenschaften, ist also wasserlÇslich, whrend innen ein starrer hydrophober Hohlraum gebildet wird, der GastmolekÅle wie z. B. GeruchsmolekÅle aufnehmen kann (Abb. 6.10).

Die Wirkungsweise von Zinkricinoleat wurde bereits in Kap. 5.6.11 und Abb.

5.43 genauer beschrieben.

Abb. 6.10

Wirkungsmechanismus von Textilerfrischern auf Basis von Cyclodextrinen.

150

6 Waschhilfsmittel und Nachbehandlungsmittel

Literatur

1 Hauthal, H. G. und Wagner, G.: Reini-

6 Rodriguez, C., Daskaleros, P. A., Sauers,
gungs- und Pflegemittel im Haushalt –

L. J., Innis J. D., Laurie, R. D., Tronnier,

Chemie, Anwendung, kologie und Ver-

H.: Effects of fabric softeners on the skin.

brauchersicherheit. Verlag fÅr Chemische

Dermatosen in Beruf und Umwelt 42

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(1994), 2, 58–61.

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7 www.dha-allergien.de (aufgerufen 07/

2 Henning, K.: WscheweichspÅler. SFW-

2009).

Journal 133 (2007), H. 8, 48–54.

8 Jeschke, R., Haulait, C., Francis, T.,

3 Forum Waschen: WeichspÅler – Fakten,

Turner, J.: Fabric softeners – a concrete

Pro und contra, www.forum-waschen.de
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(aufgerufen 08/2009).

Vortrag GDCh-Jahrestagung Fachgruppe

4 Bieber, T. und Fried, J.: Aktuelle Studie

Waschmittelchemie, KÇnigswinter April
zur Wirkung von WeichspÅlern auf die

2004.

Haut von Atopikern. Sonderdruck der

9 Hauthal, H. G.: Organische Polymere in

Deutschen Haut- und Allergiehilfe e.V.;

Wasch- und Reinigungsmitteln. SFW-

Bonn 2002.

Journal 2006 (132), H. 10, 2–22.

5 Pirard, G. E., Arrese, J. E., Rodriguez, C.,

10 Speckmann, H.: Fakten zum Weich-

Daskaleros, P. A.: Effects of softened and
spÅlen. Vortrag Multiplikatorenseminar
unsoftened fabrics on sensitive skin.

FORUM WASCHEN, Bonn 03. Mrz

Contact Dermatitis 39 (1994), 286–291.

2009.

Technologie der Waschmittelherstellung

151

7

Technologie der Waschmittelherstellung

In Deutschland wurden 2008 610.000 Tonnen Waschmittel verbraucht, weltweit waren es ca. 22 Millionen Tonnen. Diese Zahlen machen deutlich, dass die Waschmittelproduktion ein großtechnisches Herstellungsverfahren von enormer Bedeutung ist.

Der Waschmittelmarkt hat sich im letzten Jahrzehnt zu einem sehr innovativen Markt mit vielen neuen Produkten und Angebotsformen entwickelt. Innovationen in der Waschmittelentwicklung werden geprgt durch die EinfÅhrung neuer Rohstoffe, durch Rezepturnderungen oder durch vernderte bzw. neue Angebotsformen wie z. B. Kompaktwaschmittel, Waschmittel-Tabs, FlÅssig-Tabs und flÅssige Superkonzentrate. Diese Entwicklung hat dazu gefÅhrt, dass die In-novationsintervalle sehr kurz geworden sind und sich die Waschmittelindustrie immer schneller auf neue Produktionstechnologien einstellen muss.

In der Anfangszeit der industriellen Waschmittelproduktion zu Beginn des 20.

Jahrhunderts wurden Waschmittel noch durch einfaches Vermischen und Trocknen nach dem Tennenverfahren hergestellt. Ab ca. 1930 begann die Produktion der Waschmittel in SprÅhtÅrmen (HochdrucksprÅhverfahren). Sie wurde zumindest in den Industrielndern Åber viele Jahrzehnte bis Ende der 80er Jahre des letzten Jahrhunderts zur weitaus wichtigsten Herstellungsmethode fÅr pulverfÇrmige Waschmittel.

In den achtziger Jahren des letzten Jahrhunderts begann in Westeuropa mit der EinfÅhrung der flÅssigen Vollwaschmittel (1981) und der Kompaktwaschmittel (1989) eine neue Epoche von Waschmittelgenerationen. Damit einher gingen auch neue und zum Teil grundlegend andere Produktionsmethoden. Hierzu eine bersicht Åber die wichtigsten NeueinfÅhrungen in Europa:

1981

FlÅssige Vollwaschmittel

1989/90

Kompaktwaschmittel-Pulver der 1. Generation

1991

Colorwaschmittel

1993

EinfÅhrung der 2. Kompaktgeneration, z. B. Megaperls

1997

FlÅssigwaschmittel in Gelform

1998

Waschmitteltabletten

2000

FlÅssigwaschmittel in lÇslichen Dosierbeuteln (FlÅssig-Tabs)

2009

FlÅssige Superkonzentrate

Waschmittel. GÅnter Wagner

Copyright c 2010 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

ISBN: 978-3-527-32678-5

152

7 Technologie der Waschmittelherstellung

7.1

Herstellung von pulverfÇrmigen Waschmitteln nach dem Tennenverfahren

Ziel des Herstellungsprozesses ist die Erzeugung eines Waschmittels mit folgenden Eigenschaften:

x Aktivittserhalt der Rohstoffe und ausreichende Haltbarkeit,
x gute WasserlÇslichkeit,
x Homogenitt,
x gute Rieselfhigkeit,
x Staubfreiheit,
x gleichbleibende Produktqualitt.

Der Entfernung des Wassers kommt bei der Herstellung pulverfÇrmiger Produkte die grÇßte Bedeutung zu, denn ein Teil der Waschmittelrohstoffe liegt in Form wssriger LÇsungen oder Suspensionen vor. Whrend des Produktionsprozesses muss das Wasser soweit entfernt werden, dass ein trockenes, riesel- und lagerf-
higes Pulver entsteht.

In den Anfngen der Waschmittelindustrie wurde das Wasser nicht durch Ver-dampfen entfernt, sondern im Produkt durch Hydratbildung gebunden. Bestimmte Salze kÇnnen grÇßere Mengen Wasser im Kristallgitter binden. FÅr Waschmittel geeignete Substanzen sind unter anderem Natriumcarbonat, Natriumsulfat und Borate. Diese Salze wurden in kristallwasserarmer oder -freier Form mit den anderen Waschmittelinhaltsstoffen, der Seifenpaste und der Silicat-Abb. 7.1

Waschmittelherstellung nach dem Tennenverfahren (um 1920).

7.2 Herstellung pulverfÇrmiger Waschmittel nach dem HochdrucksprÅhverfahren 153
lÇsung, zu einem Brei vermischt und auf sogenannten Tennen zur Kristallisation ausgebreitet (Abb. 7.1). Die Reifung und Kristallisation benÇtigte Tage bis Wochen, wodurch eine „Massenproduktion“ nach den Tennenverfahren praktisch nicht mÇglich war und ist. Der erstarrte Brei wurde anschließend zu Pulver ge-mahlen und abgepackt. In einigen Entwicklungslndern werden auch heute noch Waschmittel nach dem technisch einfachen und preiswerten Tennenverfahren hergestellt.

7.2

Herstellung pulverfÇrmiger Waschmittel nach dem HochdrucksprÅhverfahren Entscheidende Nachteile des Tennenverfahrens waren die eingeschrnkten MÇglichkeiten in der Gestaltung der Rezeptur, die begrenzten Produktionsmengen und die Limitierung des Wassergehaltes der Rohstoffe und durch das Wasserbin-devermÇgen der Salze. Weiterhin staubten die so hergestellten Waschmittel stark.

Diese Schwierigkeiten wurden durch die Entwicklung des HochdrucksprÅhverfahrens Åberwunden.

Die Waschmittelherstellung nach dem HochdrucksprÅhverfahren luft folgendermaßen ab (Abb. 7.2): Im Mischbehlter werden die temperaturbestndigen flÅssigen und festen Bestandteile der Waschmittel, dazu gehÇren die Tenside und GerÅststoffe, genau dosiert und mit soviel Wasser vermischt, dass ein pump-fhiger Brei, der sogenannte Slurry, entsteht. Die Tenside werden dem Slurry oft-mals nicht gebrauchsfertig zugegeben, sondern whrend des Mischens durch Neutralisation von Sulfonsuren und Fettsuren mit Natronlauge erzeugt. Das im Gasbrenner erzeugte Rauchgas wird durch Zumischen vorgewrmter Luft auf eine Temperatur von ca. 250–300 hC eingestellt und Åber einen sogenannten Abb. 7.2

Fließschema zur Herstellung konventioneller pulverfÇrmiger Waschmittel („Normalware“) nach dem HochdrucksprÅhverfahren.

154

7 Technologie der Waschmittelherstellung

Ringkanal durch Verteilerbleche gleichmßig dem SprÅhturm zugefÅhrt. Die wasserhaltige Rohstoffmischung, der Slurry, wird Åber zwei Ebenen durch Hochdruck-EinstoffdÅsen mit ca. 40–70 bar fein zerstubt. Die Trocknung erfolgt im Gegenstrom durch die heiße Trocknungsluft, welche sich wegen Abgabe der Ver-dampfungswrme auf ca. 80 bis 110 hC abkÅhlt.

Durch diese Technik entsteht ein Pulver von sehr guter WasserlÇslichkeit und geringer Staubbildung. Durch pneumatischen Transport (Airlift) wird das Pulver gekÅhlt. Anschließend werden die temperaturempfindlichen Bestandteile, dazu zhlen unter anderem Bleichmittel, Bleichaktivator, Enzyme und Duftstoffe, zu-dosiert und einem schonend arbeitenden Mischer zugefÅhrt. Im letzten Produktionsschritt werden die Waschmittel im Verpackungsautomaten in handelsÅbliche Verpackungen abgefÅllt.

Das SprÅhtrockenverfahren erfordert hohe Investitionen und einen enormen Aufwand an computergesteuerter Mess- und Regeltechnik zur Aufrechterhaltung einer gleichbleibenden Produktionsqualitt. Große Anlagen mit 45 Meter hohen TrockentÅrmen produzieren bis zu 30 Tonnen Pulver pro Stunde (Abb. 7.3). Der Abb. 7.3

Zerstubungsturm.

7.3 Herstellung von Kompakt- und Superkompaktwaschmitteln 155

Herstellungsprozess ist energieaufwendig, deshalb sind Produktionsoptimierungen mit dem Ziel der Energieeinsparung aus Çkonomischer (preiswerte Waschmittel) und Çkologischer Sicht (Verminderung von CO2-Emissionen) von großer Bedeutung. Beispielsweise lsst sich eine grÇßere Energieeinsparung durch die KreislauffÅhrung der Trocknungsluft (Umluftverfahren) erreichen.

Im Trocknungsprozess werden geringe Mengen an Aerosolen und gasfÇrmigen organischen Substanzen gebildet und emittiert, was frÅher zu Geruchsbelsti-gungen fÅhrte (trotz Einhaltung der gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte).

Heute ist das Problem durch Ersatz der verursachenden Substanzen bzw. Zugabe erst im Aufbereitungsschritt zufriedenstellend gelÇst.

Die Trocknungsluft wird Åber Filter gereinigt, so dass die nach der technischen Anleitung Luft geforderten Grenzwerte deutlich unterschritten werden. Bei Einsatz von Turmaufsatzfiltern werden die abgeschiedenen Stube wieder in den Produktionsprozess zurÅckgefÅhrt und somit im normalen Turmpulver gebunden. Die Trocknungsluft tauscht anschließend noch Wrme gegen die Brenner-luft aus und gelangt mit 70–85 hC Åber einen Kamin in die Umwelt.

7.3

Herstellung von Kompakt- und Superkompaktwaschmitteln

Die genderten Anforderungen des Marktes, unter anderem der Trend zum verminderten Verpackungsaufwand, fÅhrten zur Entwicklung von Waschmitteln von besonders hoher SchÅttdichte. Unter SchÅttdichte versteht man das Litergewicht eines Pulvers in g/L. Im HochdrucksprÅhverfahren lassen sich Pulver mit einer SchÅttdichte von maximal 400–500 g/L herstellen. Will man Waschmittel mit einer hÇheren SchÅttdichte, die Kompaktwaschmittel, produzieren, muss die Herstellungstechnik gendert werden.

In Deutschland ist deshalb Ende der achtziger Jahre ein zustzlicher Verfah-rensschritt eingefÅhrt worden, der es erlaubt, die aus dem SprÅhturm erhaltenen Pulver trocken zu verdichten. Die so hergestellten Pulver, die sogenannten Kompaktwaschmittel, wiesen bei verbesserter Rezeptur eine SchÅttgewichte von bis zu 700 g/L auf.

War der Schritt zur ersten Kompaktwaschmittel-Generation noch relativ einfach, so beinhaltet die zweite Generation der Kompaktwaschmittel grÇßere Vernderungen sowohl bei den Rohstoffen als auch im Herstellungsprozess. Um die Waschmittel noch kompakter und noch ergiebiger zu machen, sind vÇllig neue Produktionstechnologien entstanden. GegenÅber den herkÇmmlichen Pulverprodukten kann der Anteil an neuen Rohstoffen in den modernen Superkompaktwaschmitteln bis zu 70 % ausmachen.

Eine MÇglichkeit ist es, den Herstellprozess um einen effektiven Verdichtungs-schritt zu erweitern. Als Beispiel wird hier die Extrusionstechnik nher beschrieben: Im sogenannten Extruder (Abb. 7.4) werden die meisten Waschmittelinhaltsstoffe (bis auf die besonders temperaturempfindlichen Enzyme, Duftstoffe und Bleichaktivatoren) zu einem plastifizierbaren Gemisch vermischt und durch

156

7 Technologie der Waschmittelherstellung

Abb. 7.4

Herstellung von Superkompaktwaschmitteln durch Extrusion und Verrundung.

feine DÅsen gepresst. Die dabei entstehenden spaghettifÇrmigen Strnge werden Åber schnell laufende Messer in kurze Zylinder (Lnge = Durchmesser) geschnitten, im Verrunder zu Kugeln geformt und anschließend zur Hrtung auf ca.

30 hC gekÅhlt. Die restlichen Waschmittelinhaltsstoffe (Enzyme, Duftstoffe, Aktivsauerstofftrger und TEAD) werden anschließend zugemischt.

Eine andere MÇglichkeit zur Produktion von Kompaktwaschmitteln ist die Granulation. Dabei werden flÅssige und feste Waschmittelinhaltsstoffe in speziellen Granulatoren, je nach Herstellerfirma von unterschiedlicher Form (tellerfÇrmig, walzen- oder zylinderfÇrmig oder als Wirbelschichtgranulatoren), gemischt und zu einem kompakten, kÇrnchenfÇrmigen Pulver (Abb. 7.5) verarbeitet. Auch hier werden besonders empfindliche Inhaltsstoffe nachtrglich zugemischt.

Bei den hier beschriebenen Produktionsmethoden, der Extrusion oder Granulation, ist es mÇglich, entweder temperaturbestndige Waschmittelinhaltsstoffe Åber die SprÅhturmtechnologie vorzumischen und zu trocknen oder – wenn hinreichend trockene Rohstoffe verwendet werden (und hier sind besonders die Tenside von Bedeutung) – ganz auf die SprÅhturmtechnologie zu verzichten. Mit diesen Technologien lassen sich besonders kompakte Pulver, sowohl Voll- als auch Colorwaschmittel, mit SchÅttdichten von 800 bis 900 g/L, ohne SprÅhturmvor-stufe sogar bis zu 1.400 g/L, herstellen.

1993 wurden in Europa, 1994 in Deutschland die ersten Superkompaktwaschmittel nach dem hier beschriebenen Extrusionsverfahren mit dem Namen „Megaperls“ eingefÅhrt.

Durch diesen neuen Herstellprozess konnte der Anteil der Tenside gegenÅber herkÇmmlichen Waschpulvern deutlich erhÇht werden, so dass die Dosieremp-

7.4 Herstellung von Waschmittel-Tabs

157

Abb. 7.5

Herstellung von Superkompaktwaschmitteln durch Granulation.

fehlung bei gleichbleibender Leistung entsprechend zurÅckgenommen werden konnte (Superkompaktwaschmittel: ca. 70 g, Kompaktate: ca. 80 g).

Einen Anteil von ca. 20 % Tensiden (anionische und nichtionische) in ein pulverfÇrmiges superkompaktes Waschmittel einzuarbeiten stellt eine große technologische Herausforderung dar. Tenside liegen meist in flÅssiger oder hochvisko-ser Form vor. Sie so in das Waschmittel einzuarbeiten, dass ein trockenes, lagerfhiges und doch schnell lÇsliches Produkt entsteht, erfordert moderne, computergesteuerte Anlagen und viel Erfahrung der Waschmittelhersteller.

7.4

Herstellung von Waschmittel-Tabs

Mit EinfÅhrung der Waschmittel-Tabs im Jahr 1998 in Deutschland wurden wiederum grundlegend neue Technologien erforderlich, um diese Produkte produzieren zu kÇnnen.

Bei der Herstellung der Tabs ist es notwendig, eine Balance zu finden zwischen genÅgender Festigkeit fÅr Verpackung, Transport, Lagerung und Handhabung und einem schnellen LÇse- bzw. Zerfallsvorgang der Tablette in der Waschmaschine.

Bindemittel sorgen fÅr die Festigkeit der Tablette whrend der Lagerung, spezielle Zerfallsmittel (s. Kap. 5.6.10) sorgen fÅr ein schnelles Zerfalls- und AuflÇ-
sungsverhalten in der Waschmaschine. Mit geeigneten Zerfallsmitteln kÇnnen

158

7 Technologie der Waschmittelherstellung

Abb. 7.6

Fertigungsprozess fÅr Waschmittel-Tabs im berblick.

7.5 Herstellung von flÅssigen Waschmitteln

159

Waschmittel-Tabs in die EinspÅlschublade der Waschmaschine dosiert werden und zerfallen dort bei Kontakt mit Wasser in einer Zeit von unter 20 Sekunden.

Mit Hilfe des Zwei-Schichten-Aufbaus ist es mÇglich, empfindliche Waschmittelrohstoffe z. B. Bleichmittel in der Schicht 1 sowie Bleichmittelaktivator und Enzyme in der Schicht 2 rumlich voneinander zu trennen. Das hat Vorteile fÅr die Lagerbestndigkeit der Tabs, allerdings sind die VariationsmÇglichkeiten in der Rezepturgestaltung gegenÅber der Pulverproduktion deutlich eingeschrnkt.

Abbildung 7.6 zeigt die Produktionsschritte fÅr Waschmittel-Tabs im berblick.

Vergleichbar den Herstellverfahren fÅr normale und kompakte Waschmittelpulver erfolgt auch bei der Tablettenherstellung die Verarbeitung bestimmter, in der Regel wasserhaltiger Rezepturbestandteile wie z. B. Tenside, Builder, Co-Builder, Seifen etc., mittels SprÅhtrocknungs- und Granulationsverfahren. Die restlichen Rezepturbestandteile wie z. B. Bleichmittel, Bleichaktivatoren, Enzyme, ParfÅm etc. werden zusammen mit diesen Basispulvern bzw. –granulaten in sogenannten Aufbereitungsanlagen zur Gesamtrezeptur vermischt. Hierbei wird jede einzelne Stoffkomponente entsprechend ihrem Rezepturanteil verwogen und zusammen mit den anderen verwogenen Stoffkomponenten in einem schonend arbeitenden Mischer dosiert. Nach dem Mischprozess kann die homogeni-sierte, pulverige Waschmittelmischung der Presse zugefÅhrt werden und die Ver-pressung zu Waschmitteltabletten erfolgen.

Die einzelnen Schichten einer mehrschichtigen Tablette enthalten verschiedene Rezepturbestandteile bzw. Stoffkomponenten. Demzufolge muss die Pulver-mischung fÅr jede Schicht separat hergestellt bzw. aufbereitet werden. Hierzu werden jeweils separat arbeitende Aufbereitungsanlagen verwendet.

Die Verpackung der beim Pressvorgang enthaltenen Waschmitteltabletten erfolgt in-line, d. h., die aus der Presse ausgestoßenen Tabletten (bis zu 1000

StÅck pro Minute) werden direkt einer Verpackungsmaschine zugefÅhrt und ver-sandfertig verpackt.

7.5

Herstellung von flÅssigen Waschmitteln

Ließen sich flÅssige Waschmittel der ersten Generation meist einfach durch zu-sammenrÅhren der jeweiligen Rohstoffe herstellen, so erfordern heutige Systeme aufgrund ihres komplexeren Aufbaus und der anspruchsvolleren physikalischen Eigenschaften einen verfahrenstechnisch hÇheren Aufwand. Im großtechnischen Maßstab finden zunehmend kontinuierlich arbeitende Herstellverfahren Verwendung, die heute in der Lage sind, Feststoffe genau dosiert einzuarbeiten und auch bei hoher Viskositt der Mischungen bedingt durch hochkonzentrierte oder sogar wasserfreie Zutaten sehr effektiv zu mischen und zu temperieren.

Auch bei diskontinuierlich arbeitenden Anlagen wurden aufwendige, z. B. aus schnell- und langsamlaufenden RÅhrern bestehende Systeme entwickelt, die es erlauben, sehr tensidreiche FlÅssigwaschmittel herzustellen.

160

7 Technologie der Waschmittelherstellung

Die Tenside werden Åberwiegend in Form der freien Sulfon- bzw. Fettsuren eingesetzt und whrend des Mischungsprozesses – in situ – mit Natronlauge neutralisiert. Zunehmende Verwendung finden Tenside auf Basis nachwachsender Rohstoffe wie Fettalkoholsulfate, Fettalkoholethoxylate und Alkylpolyglucoside.

Besondere Vorsorge gilt der Einhaltung keimfreier Produktionsbedingungen, da die Verwendung von Konservierungsstoffen stark eingeschrnkt wird.

Polyfunktionale Alkohole, z. B. Polyethylenglycole oder Glycerin, dienen der Verhinderung der Gelbildung beim EinspÅlvorgang in der Waschmaschine
sowie der Verbesserung der Fließeigenschaften.

Eine Innovation stellt die Produktion gelfÇrmiger Waschmittel dar. Dabei werden neben den in herkÇmmlichen FlÅssigwaschmitteln verwendeten Inhaltsstoffen zustzlich Verdickungsmittel eingesetzt (z. B. Carbopolr; ein spezielles Acrylsurepolymer kombiniert mit Polyalkylpolyether). Eine stabile Gelbildung ist trotz des Verdickungsmittels nur mÇglich durch eine ußerst przise Dosierung der Rezepturbestandteile, genaue Einhaltung der Reihenfolge der Mischung und durch genau gesteuerte Produktionsbedingungen (Temperatur, RÅhrerdreh-zahlen). Abbildung 7.7 zeigt ein Fließschema zur Produktion gelfÇrmiger Waschmittel.

Die Leistungsverbesserung bei den Inhaltsstoffen von FlÅssigwaschmitteln, insbesondere bei den Enzymkomponenten, hat zur Entwicklung von flÅssigen Superkonzentraten gefÅhrt, die nur noch mit 35 mL dosiert werden.

Abb. 7.7

Fließschema zur Herstellung gelfÇrmiger Waschmittel.

Literatur

161

7.6

Herstellung von FlÅssig-Tabs

Analog zu den festen Waschmittel-Tabs wurden in Europa im Jahr 2000 bei den FlÅssigprodukten selbstauflÇsende Portionsbeutel, sogenannte FlÅssig-Tabs, eingefÅhrt (auch Liquits, Kapseln, Liquitabs, pouches oder sachets genannt). Diese Rezepturen werden nur noch mit 50 mL im normierten Waschgang dosiert.

Dies ist mÇglich durch einen hohen Tensidanteil von 50 % bis zu 75 %.

Zudem ist eine Reduktion des Wasseranteils auf unter 12 % erforderlich, um diese Produkte in wasserlÇsliche Polyvinylalkohol-Folie (PVAL) abfÅllen zu kÇnnen. Der AuflÇsungsprozess der PVAL-Folie beginnt sofort, sobald der Beutel mit Wasser in Kontakt kommt. Die FolienauflÇsung erfolgt dann in ca. 10 bis 90 Sekunden. Als Folienmaterial wird teilverseifter Polyvinylalkohol verwendet, der gut kaltwasserlÇslich ist. Die in den FlÅssig-Tabs vorhandenen niedrigen Was-serkonzentrationen verbessern darÅber hinaus die Enzymstabilitt, da Enzyme hydrolyseempfindlich sind.

Ein Nachteil der FlÅssig-Tabs ist, dass der Verpackungsaufwand sehr groß und kostenintensiv ist. Seit 2008 sind FlÅssig-Tabs in vielen Lndern mangels Nachfrage bei den Verbrauchern vom Markt verschwunden.

Literatur

WeiterfÅhrende Literatur

Ho Tan Tai, L.: Formulating Detergents and

Personal Care Products, AOCS Press,

Champaign/Illinois, 2000.

Smulders, E.: Laundry Detergents. Wiley-VCH

Verlag, 2002, Kapitel 6: Production of
powder detergents.

8.1 Geschichte der Waschmittel

163

8

Waschmittel aus Sicht der Verbraucher

8.1

Geschichte der Waschmittel

Einen berblick Åber die historische Entwicklung der Waschmittel zeigt Abb. 8.1

[1–5]. Man kann diese Entwicklungsgeschichte in mehrere historische Epochen untergliedern, wobei die bergnge zwischen den einzelnen Epochen naturgemß fließend sind.

Waschen im Altertum und Mittelalter

Der Reinigungsprozess hat eine lange Tradition in der Kulturgeschichte der Menschheit. Whrend Wasser vermutlich schon immer zum Waschen verwendet wurde, lsst sich die Geschichte der waschaktiven Substanzen, die den Reinigungsvorgang unterstÅtzen und verstrken, nicht genau zurÅckverfolgen. Erste
berlieferungen auf den Gebrauch von Seife sind von den Sumerern

(2500 v. Chr.) bekannt geworden (Abb. 8.2).

Doch wurde Seife in Form von Mischungen aus Fetten und Holzasche zur damaligen Zeit vermutlich nur sporadisch zum Wschewaschen verwendet. In manchen Kulturen, so bei den Germanen, wurde Seife als kosmetisches Mittel zum rituellen Rotfrben der Haare und zur KÇrpereinigung, aber nicht zum W-
schewaschen genutzt. Die RÇmer benutzten in der Anfangszeit die Seife wohl Åberwiegend zur Kosmetik oder als Heilmittel bei Verletzungen. 167 n. Chr.

wird vom griechischen Arzt Galenus, der in Rom ttig war, zum ersten Mal von Seife als Reinigungsmittel berichtet. Die Wirksamkeit der Seife als Reinigungsmittel wurde in frÅheren Zeiten noch nicht verstanden und die Auswahl von Waschhilfsstoffen richtete sich nach zuflligen Beobachtungen und den vorhandenen Gegebenheiten. Verwendet wurden neben Mischungen aus Fetten, len und Holzasche auch Soda aus natÅrlichen Vorkommen, Sand, Tonerde (Bentonite), Seifenkraut, Rosskastanie, Honig, Bohnenmehl, Kleie, Gerstensauerteig und anderes. Hufiger kamen aber auch weniger wohlriechende Materialien zum Einsatz, Schafs- und Schweinekot und vor allem Rindergalle. Whrend der RÇmerzeit wurde auch gegorener Urin zum Wschewaschen benutzt. Der Geruch des gegorenen Urins fÅhrte zur ußerung des Kaisers Vespanian „Pecunia non olet“, („Geld stinkt nicht“) da ein ganzer Berufsstand, die „fullones“, sehr Waschmittel. GÅnter Wagner

Copyright c 2010 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

ISBN: 978-3-527-32678-5

164

8 Waschmittel aus Sicht der Verbraucher

Abb. 8.1

Kleine Zeittafel zur Geschichte des Waschen.

8.1 Geschichte der Waschmittel

165

Abb. 8.2

Tontafel der Sumerer. Auf der Tafel
sind Anweisungen zum Waschen von Wolle
mit Seife aufgefÅhrt.

gut vom Åbelriechenden Gewerbe lebte und dem Staat daraus Steuern entrich-tete.

Seit dem 4. Jahrhundert wurde Seife zunehmend zum Wschewaschen verwendet. Um 385 n. Chr. erwhnt der Arzt Theodorus Priscianus erstmals das Handwerk der Seifensieder. Die Fette und le wurden aus den damals zugnglichen Rohstoffen gewonnen, je nach den lokalen Gegebenheiten sowohl auf pflanzlicher als auch auf tierischer Basis. Wichtige Quellen waren u. a. OlivenÇl (SÅdeuropa) sowie Ziegen- und Rindertalg, Schaf- und Schweinefett, teilweise auch FischÇl (Mittel- und Nordeuropa). Seife aus OlivenÇl galt dabei als qualitativ besonders hochwertig. Die Rezeptur der Seifenherstellung war noch von den
gyptern und Griechen Åbernommen worden und die dadurch erhaltenen Seifen waren relativ unrein und nicht mit heutigen Seifen vergleichbar. Die Qualitt hing auch stark von der Herkunft der verwendeten Pflanzenasche ab. Im 7. Jahrhundert wurde eine verbesserte Seifenherstellung von den Arabern Åber das damals arabisch besetzte Spanien nach Europa gebracht und setzte sich schnell durch. Die Alkalitt der Pflanzenasche wurde durch Zusatz von gebranntem Kalk (Calciumoxid, auch ungelÇschter Kalk oder tzkalk genannt) erhÇht. Dadurch konnte nun relativ reine Seife erzeugt werden.

Wegen der gÅnstigen klimatischen Bedingungen entwickelte sich im sÅdeuropischen Raum, dem Lebensraum der Olivenbume, seit dem 6. Jahrhundert langsam das Handwerk der Seifenherstellung und gelangte unter anderem in den Stdten Sevilla, Alicante, Venedig, Genua und Marseille im 16. Jahrhundert zu voller BlÅte. Seife wurde zu einem begehrten Artikel, der von SÅdeuropa aus in viele Lnder exportiert wurde. Ab dem 10. Jahrhundert wurde auch in mitteleuropischen Stdten Seife hergestellt und seit dem 14. Jahrhundert gab es im mitteleuropischen Raum die Seifensiederzunft zur Herstellung hochwertiger Seifen. Die Herstellungsrezepte waren streng geheim und wurden von Genera-

166

8 Waschmittel aus Sicht der Verbraucher
tion zu Generation unter den Seifensiedern weitergereicht. Zum Wschewaschen dienten einfache Kern- oder Schmierseifen, die fÅr den Eigengebrauch oft selbst hergestellt wurden. Hochwertige parfÅmierte Seifen waren Luxusartikel und blieben der KÇrperreinigung und Kosmetik vorbehalten.

Der Beginn der industriellen Seifenproduktion (1750 bis 1900)

Durch die steigende Nachfrage nach Seife wurden die Rohstoffe bald knapp, besonders die Holzasche wurde zu einem begehrten Artikel. Damals waren Natriumcarbonat (Soda) und Kaliumcarbonat als wichtigste Bestandteile der Holzasche bereits bekannt. Der Rohstoffmangel fÅhrte dann in der zweiten Hlfte des 18. Jahrhunderts zu verstrkten wissenschaftlichen Untersuchungen auf dem Gebiet der kÅnstlichen Sodaherstellung.

1789 entdeckte Nicolas Leblanc (1742–1806) ein Verfahren, Soda aus Glauber-salz (Natriumsulfat) herzustellen. Damit wurde zum ersten Mal die industrielle Massenherstellung von Seife mÇglich, denn durch die internationalen Handelsbeziehungen standen preiswerte tropische Fette und le in ausreichenden Mengen zur VerfÅgung. Das Verfahren von Leblanc hatte jedoch Nachteile. Es wurde viel Energie benÇtigt und es fielen tzende und Åbelriechende Abfallprodukte an: Chlorwasserstoff HCl und Calciumsulfid CaS, das deponiert wurde und nach fau-len Eiern stinkenden Schwefelwasserstoff freisetzen konnte. Die Sodaherstellung nach Leblanc wurde deshalb durch ein 1861 von Ernest Solvay (1838–1922) entwickeltes Verfahren abgelÇst. Die großtechnische Herstellung von Soda zhlt zu den wichtigsten Entwicklungen der modernen Chemie, deren Bedeutung weit Åber die Seifenherstellung hinausging und alle Bereiche der sich damals entwickelnden Chemieindustrie betraf.

In Deutschland hatte die Wirtschaft bis zur ReichsgrÅndung 1871 noch weitgehend landwirtschaftlichen Charakter. Von der ReichsgrÅndung gingen starke Impulse zur industriellen Entwicklung aus und innerhalb weniger Jahre gehÇrte Deutschland zu den fÅhrenden Industrienationen der Welt. Bis zum ersten Weltkrieg begann eine Zeit stndigen Wachstums, die Produktionsmengen stiegen unaufhÇrlich. Im Rahmen der Industrialisierung stieg auch die Nachfrage nach Seife immer weiter an, und gegen Ende des 19. Jahrhunderts wurde das Seifen-siederhandwerk durch die großtechnische Seifenfabrikation abgelÇst.

Erste Vollwaschmittel auf Seifenbasis (1900 bis 1950)

Die MarkteinfÅhrung eines Gemisches aus Soda und Natriumsilicat im Verhltnis 4:1 („Henkel’s Bleichsoda“) im Jahr 1878 kann als Beginn der Entwicklung moderner Waschmittel in Deutschland definiert werden. Bleichsoda wurde zum Einweichen der Wsche und Enthrten des Wassers benutzt. Da auch Eisensalze ausgefllt wurden, konnte ein Vergilben der Wsche durch die gelb bis braun ge-frbten Eisensalze verhindert werden, deshalb auch der Name „Bleichsoda“.

1907 kam dann das erste Vollwaschmittel (Persil) zum Verkauf (Abb. 8.3).

Persil war ein Waschmittel auf Seifenbasis. Es bestand außer aus pulverisierter Seife noch aus Perborat, Soda und Silicat und nahm der Hausfrau zum ersten Mal die langwierige und wetterabhngige Rasenbleiche ab (Abb. 8.4).

8.1 Geschichte der Waschmittel

167

Abb. 8.3

DÅsseldorfer Zeitung vom 6. Juni 1907.

Abb. 8.4

Rasenbleiche vor Dresden um 1815. Die Elbauen vor der Stadt dienten als ideale Bleichflche.

Aus diesem Grunde wurde es als erstes „selbstttiges“ Waschmittel bezeichnet, denn die Rasenbleiche gehÇrte zu den mÅhsamen und langwierigen Ttigkeiten des Waschens. Die Wsche, die frÅher Åberwiegend aus weißen Textilien bestand, wurde zum Erreichen eines – aus damaliger Sicht – strahlenden Weißtones bei gutem Wetter auf dem Rasen ausgebreitet. FÅr diese Zwecke gab es bei den Textil-herstellern sogar den Beruf des Bleichers, der dann mit der Entwicklung der chemischen Bleichmittel rasch verschwand.

Ersatz von Seife durch moderne Tenside (1950 bis 1965)

1932 kam das erste Feinwaschmittel (Fewa) ohne Seife auf den Markt. Es enthielt als waschwirksame Substanzen die Fettalkoholsulfate (FAS). Fettalkoholsulfate waren pH-neutral und hatten Vorteile beim Waschen empfindlicher Textilien aus Kunstseide (Viskose), Seide oder Wolle. Allerdings konnten sich die moder-

168

8 Waschmittel aus Sicht der Verbraucher
nen Tenside zur damaligen Zeit noch nicht durchsetzen. Seife blieb noch viele Jahre der zentrale Inhaltsstoff der Waschmittel.

Ausgehend von den ersten Waschmitteln zu Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts hatten sich Åber Jahrzehnte hinweg die Rezepturen der Waschmittel nicht wesentlich verndert. Erst nach 1945 kam es mit der Entwicklung elektrischer Waschmaschinen zu einem grundlegenden Wandel der Waschmittelrezepturen.

Anfang der fÅnfziger Jahre kamen die ersten maschinengeeigneten Waschmittel mit modernen Tensiden auf ErdÇlbasis auf den Markt, schon Ende der fÅnfziger Jahre hatten diese Tenside die Seife fast vollstndig verdrngt.

1959 traten dann zum ersten Mal unerwÅnschte Çkologische Folgen des steigenden Tensideinsatzes auf. Die unzureichende biologische Abbaubarkeit des damals verwendeten Tetrapropylenbenzolsulfonat (TPS) fÅhrte zu erheblichen Konzentrationen dieses Tensids in Oberflchengewssern – sichtbar durch Schaumberge auf den Gewssern (s. auch Kap. 9). TPS wurde in der Folgezeit durch Lineares AIkylbenzolsulfonat (LAS) ersetzt, das seit 1964 das wichtigste Waschmitteltensid darstellt (vgl. auch Kap. 2 und 5.1).

Technologische und Çkologische Optimierung der Waschmittelrezepturen durch neue und verbesserte Inhaltsstoffe (1950 bis 1995)

Immer neue Hilfsstoffe wurden entwickelt, die den Waschvorgang effektiver machten. 1950 kamen erste optische Aufheller zum Einsatz, 1954 wurden zum ersten Mal Duftstoffe im Waschmittel verwendet (vgl. auch Kap. 5.6.6).

Die in der Anfangszeit der modernen Waschmittel Åbliche Fllenthrtung mit Soda war ungeeignet fÅr elektrische Waschmaschinen, so dass hier nach neuen Wegen der Wasserenthrtung gesucht wurde. Als geeignete Komplexbildner erwiesen sich die Polyphosphate. Mit Pentanatriumtriphosphat wurde ein sehr wirksamer Wasserenthrter gefunden, der ab 1960 in Waschmitteln eingesetzt wurde.

Leider zeigten sich auch hier unerwÅnschte Folgeschden durch ein berangebot von Phosphor in Oberflchengewssern. Auf der Suche nach Phosphatersatzstoffen wurde 1974 Zeolith A patentiert. Nach schrittweiser Reduktion des Phosphatanteils kam 1986 ein vÇllig phosphatfreies Markenwaschmittel auf der Basis von Zeolith A auf den Markt. Seit 1990 gibt es keine phosphathaltigen Waschmittel mehr auf dem deutschen Markt (vgl. auch Kap. 5.2).

1960 wurden zum ersten Mal Enzyme (Proteasen) in Waschmitteln eingesetzt, seit 1966 geschieht dies standardmßig. Die ersten Enzyme waren noch chemisch relativ empfindlich und unter Waschbedingungen wenig effektiv. Seit Ende der achtziger Jahre werden gentechnisch optimierte Enzyme verwendet und neue Enzymtypen kamen hinzu (Amylasen, Cellulasen, Lipasen und Mannanasen). Die heutigen leistungsstarken Enzyme haben einen maßgeblichen Anteil am LeistungsvermÇgen der modernen Waschmittel (vgl. auch Kap. 5.5).

Ein weiterer wichtiger Meilenstein in der Waschmittelentwicklung war die EinfÅhrung der Bleichaktivatoren im Jahr 1977. Mit Hilfe von Bleichaktivatoren, der weitaus wichtigste ist bis heute TAED (Tetraacetylethylendiamin), konnte das LeistungsvermÇgen der Bleichmittel im unteren Temperaturbereich (30 hC und 40 hC) entscheidend verbessert werden (vgl. auch Kap. 5.4).

8.1 Geschichte der Waschmittel

169

Bis in die 70er Jahre hinein wurden innovative Rohstoffe wie Tenside, Bleichaktivatoren, Enzyme, optische Aufheller u. a. fÅr Waschmittel erschlossen. In den 80er Jahren wurden vermehrt multifunktionelle Rohstoffe entwickelt und eingesetzt. z. B. wurden GerÅststoffe und Alkali oder Bleichmittel und Alkali kombiniert bzw. mehrfach wirksame Polymere zum Einsatz gebracht (vgl. auch Kap.

5.6).

Die 1980er und 1990er Jahre waren geprgt von Innovationen mit Çkologi-schem Hintergrund. Dazu gehÇrte auch die Anforderung, die Dosierungen zu reduzieren, d. h. mit weniger Waschmittel gleiche Waschleistungen zu erzielen. So war es nur folgerichtig, dass neue Angebotsformen den Waschmittelmarkt erheblich erweiterten.

Neue Angebotsformen bei Waschmitteln (1980 bis heute)

Die Angebotsformen und das ußere Erscheinungsbild der Waschmittel blieb bis Ende der siebziger Jahre des letzten Jahrhunderts hinein relativ einheitlich: Es gab weiße, gut wasserlÇsliche Pulver, manchmal mit farbigen Tupfern, die in gro-
ßen SprÅhtÅrmen produziert wurden (vgl. Kap. 7). In den Einzelhandelsgeschften fanden sich hauptschlich pulverfÇrmige Vollwaschmittel, daneben aber auch verschiedene Fein- und Spezialwaschmittel mit einem relativ geringen Marktanteil von weniger als 20 %.

Erst mit dem Aufkommen eines zunehmenden Umweltbewussteins der Ver-
braucher in Deutschland Ende der 1970er Jahre kam Bewegung in das Waschmittelangebot. Abbildung 8.5 zeigt am Beispiel der deutschen Waschmittel die Ent-Abb. 8.5

Entwicklungsstufen der Voll- und Colorwaschmittel in Deutschland.

170

8 Waschmittel aus Sicht der Verbraucher
wicklung der Angebotsformen bei den Standardwaschmitteln (Voll- und Colorwaschmittel) seit 1980 im berblick.

Insgesamt verlief die Weiterentwicklung der Waschmittel in den Lndern der Europischen Union relativ hnlich, doch gibt es aufgrund unterschiedlicher Waschgewohnheiten in einzelnen Lndern auch andere Entwicklungen, sowohl bezÅglich der Zeitachse als auch hinsichtlich der Waschgewohnheiten und des Waschmittelangebotes. Dementsprechend verfolgen die Waschmittelhersteller das Ziel, fÅr die jeweiligen Mrkte die entsprechenden Produkte zur VerfÅgung zu stellen.

Bemerkenswert ist, dass die herkÇmmlichen Produkte hufig nicht durch Neuentwicklungen ersetzt, sondern auch weiterhin angeboten werden. Im Super-marktangebot ist daher eine immer grÇßere Produktvielfalt zu beobachten.

Ausgehend von Abb. 8.5 wird die historische Entwicklung der Voll- und Colorwaschmittel im Folgenden genauer diskutiert.

Anfang der achtziger Jahre kamen erste Baukastensysteme auf den Markt. Diese sogenannten Bio- oder kowaschmittel auf Seifenbasis konnten sich aber aufgrund mangelhafter Waschleistungen nie nennenswert am Markt etablieren. Sp-
ter kam dann das bis heute immer wieder aktualisierte Hobbythek-Baukastensystem auf Basis moderner Tenside hinzu und 1990 brachte ein großer Waschmittelhersteller ein Baukastensystem auf den Markt („Skip“). Die Baukastensysteme konnten sich nie in Deutschland durchsetzen. Sie entsprachen einerseits nicht den BedÅrfnissen der Verbraucher nach bequemer Handhabung, andererseits waren ihre Çkologischen Vorteile gegenÅber den weiterentwickelten Niedrigdosierwaschmitteln nur gering.

1981 wurde das Waschmittelangebot durch erste FlÅssigwaschmittel erweitert.

Diese waren von Anfang an phosphatfrei, bequem zu handhaben und erzeugten als (fÅr Deutschland) innovative Entwicklung das Interesse der Verbraucher.

Mit der EinfÅhrung der phosphatfreien Pulverwaschmittel 1986 waren die Innovationen bezÅglich der Umweltvertrglichkeit noch nicht abgeschlossen. 1989
kamen die ersten Kompaktwaschmittel und 1994 die Weiterentwicklung, die Superkompaktwaschmittel (Niedrigdosierwaschmittel, Superkonzentrate) auf den Markt.

Damit konnte die Dosierung des Waschmittels, aber auch der Verpackungsaufwand deutlich reduziert werden (weitere Informationen s. Kap. 4 und 8.2).

Seit Mitte der siebziger Jahre wird in Deutschland mehr bunte als weiße W-
sche gewaschen. So war es nur eine Frage der Zeit, bis das Waschmittelangebot durch leistungsstarke Waschmittel, optimiert fÅr farbige Textilien, ergnzt werden wÅrde. Erste Schritte dazu gab es in der ehemaligen DDR. Dort kam 1986

„Spee Color“ auf den Markt, ein Waschmittelpulver ohne Bleichmittel und optische Aufheller, sonst aber ohne weitere Innovationen. 1990 wurde der Begriff Colorwaschmittel weiterentwickelt und stand nun fÅr einen eigenstndigen Waschmitteltyp, der nicht nur frei war von Bleichmitteln und optischen Aufhellern, sondern auch neue Inhaltsstoffe enthielt, die FarbÅbertragungsinhibitoren (s. Kap.

5.6.1).

Mitte der neunziger Jahre waren die Çkologisch orientierten Entwicklungen weitgehend abgeschlossen. Die Waschmittel waren wesentlich umweltvertrgli-

8.1 Geschichte der Waschmittel

171
cher geworden, sowohl bezÅglich der Inhaltsstoffe als auch in den Dosierungs-mengen (s. Kap. 4 und Abb. 4.3).

Bei den Innovationen seit Mitte der neunziger Jahre standen nun bequeme Handhabung (convenience), positive Erlebniswerte und ein Zusatznutzen (z. B. Duft und Image) im Vordergrund. In diesem Zusammenhang waren wichtige Entwicklungen z. B. Waschmittel-Tabs, gelfÇrmige Waschmittel, Waschmittel fÅr spezielle Wschebelange, z. B. fÅr schwarze Wsche oder Sport- und Funktionsklei-dung, und Waschmittel mit besonderen Duftnoten.

Dass nicht jede neue Entwicklung auch Erfolg beim Verbraucher hat, zeigt das Beispiel der Waschsysteme fÅr nicht waschbare Textilien im Jahr 2004. Sie verschwanden schon wenige Monate nach ihrer EinfÅhrung wieder weitgehend aus den Supermarktregalen. Auch die FlÅssig-Tabs, die 2002 zum ersten Mal in Deutschland angeboten wurden, wurden vom Verbraucher nicht nachgefragt und verschwanden 2008 wieder vom Markt. Waschmittel-Tabs haben in Deutschland insgesamt nur noch eine geringe Marktbedeutung.

Seit 2002 gewinnen Initiativen zum Thema „Nachhaltiges Waschen“ zunehmend an Bedeutung (vgl. Kap. 11). Das Thema Nachhaltigkeit hat nicht allein die Weiterentwicklung der Waschmittel im Fokus, das wre zu eng gedacht, sondern betrachtet das Waschen im Haushalt insgesamt in Bezug auf Çkologische, Çkonomische und soziale Auswirkungen. kobilanzen des Waschens zeigen, dass die grÇßten Umweltauswirkungen im Haushalt anfallen (s. Kap. 10). Ressourcenschonende, am Prinzip der Nachhaltigkeit ausgerichtete Waschgewohnheiten sind also von zentraler Bedeutung. Dementsprechend wichtig ist ein an diesem Prinzip orientiertes Verbraucherverhalten beim Waschen. In den letzten Jahren sind deshalb Initiativen zur besseren Verbraucherkommunikation entstanden Dazu zhlen detaillierte Informationen Åber die Inhaltsstoffe durch die Herstellerfirmen, eine Åbersichtlichere Information auf den Waschmittelpackungen, die ffentlichkeitsarbeit des „FORUM WASCHEN“ (s. Kap. 11), aber auch ein jhrlicher „Tag des nachhaltigen Waschens“ in Deutschland am 10. Mai eines jeden Jahres mit Aktionen zum nachhaltigen Waschen.

Neue Entwicklungen unter dem Gesichtspunkt Ressourcenschonung sind die Niedrigtemperaturwaschmittel zum Waschen unterhalb 30 hC (20 hC oder

15 hC), die seit 2006 angeboten werden, und seit 2009 hochkonzentrierte FlÅssigwaschmittel, die mit nur noch 37 mL pro Waschgang auskommen.

Neben den genannten Innovationen auf dem Waschmittelmarkt spielt auch der Preis eine wesentliche Rolle beim Kauf eines Waschmittels. Die aus Sicht der Nachhaltigkeit empfehlenswerten Superkompaktwaschmittel (Niedrigdosierwaschmittel) haben in den letzten Jahren rÅcklufige Marktanteile (s. Abb.

8.14). PreisgÅnstige Produkte, hufig in Großpackungen als Sonderangebote im Supermarkt angeboten, werden dagegen verstrkt nachgefragt.

Der Entwicklungsprozess moderner Waschmittel lsst sich am Beispiel der Rezepturnderungen eines Markenwaschmittels konkret nachvollziehen [6, 7].

Rezepturen eines Markenwaschmittels von 1907 bis 2008 sind in Abb. 8.6 aufgelistet.

172

8 Waschmittel aus Sicht der Verbraucher

Massenanteile der Bestandteile in %

Inhaltsstoffe

1907

1925

1953

1959

1964

1970

1983

1987

2004

2008

Tenside

Seife

32,0

44,0

44,0

–

3,5

3,5

3,0

1,5

1,0

1,0

Tetrapropylenbenzolsulfonat –

–

–

–

13,0

–

–

–

–

–

–

TPS

Lineares Alkylbenzolsulfonat –

–

–

–

–

14,0

6,5

8,0

7,0

12,0

12,0

LAS

Fettalkoholsulfat – FAS

–

–

–

2,0

–

–

–

–

–

–

Nichtionische Tenside

–

–

–

–

2,5

2,5

3,0

5,0

3,0

2,5

Gerüststoffe (Enthärter)

Natriumdiphosphat

–

–

10,0

23,0

–

–

–

–

–

–

Pentanatriumtriphosphat

–

–

–

–

43,0

40,0

24,0

–

–

–

Zeolith A

–

–

–

–

–

–

18

25

22

18

Soda

24

16

12

–

–

–

–

10

20

20

Polycarboxylate

–

–

–

–

–

–

1,0

4,0

3,0

2,0

Bleichmittel

Natriumperborat

9,0

9,0

6,0

7,0

16,0

27,0

22,0

20,0

–

–

Natriumpercarbonat

–

–

–

–

–

–

–

–

14,0

12,0

Tetraacetylethylendiamin – TAED

–

–

–

–

–

–

1,5

2,0

2,5

2,5

(Bleichaktivator)

Enzyme

–

–

–

–

–

+

+

+

+

+

Sonstige Inhaltsstoffe

Phosphonate

–

–

–

–

–

–

0,2

0,2

0,5

0,5

Cellulosederivate

–

–

–

1,5

1,5

1,5

1,0

1,0

0,5

1,5

(Vergrauungsinhibitoren)

Soil Release Polymere

–

–

–

–

–

–

–

–

+

+

Optische Aufheller

–

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Natriumsilicat (Korrosionsinhibitor)

3,0

3,0

7,0

4,5

4,0

3,0

4,5

3,5

1,0

1,5

Magnesiumsilicat (Stabilisator)

–

–

2,5

2,5

2,0

2,0

0,5

–

–

–

Duftstoffe

–

–

–

–

+

+

+

+

+

+

Natriumsulfat

–

–

3,5

38,0

4,5

4,0

4,0

4,5

6,0

12,0

Wasser

Rest

Rest

Rest

Rest

Rest

Rest

Rest

Rest

Rest

Rest

+ = enthalten

Abb. 8.6

Rezepturen eines Markenwaschmittels 1907 bis 2008.

Ausgewhlte Stationen der Produktentwicklung des Waschmittels Persil von 1907 bis 2009 sind in Abb. 8.7 aufgefÅhrt. In Abb. 8.7 ist deutlich zu erkennen, dass die Weiterentwicklung des Waschmittels bis Ende der 1980er Jahre Åberwiegend Åber die Verwendung neuer Inhaltsstoffe geschieht, seit den 1990er Jahren zustzlich neue Angebotsformen eine bedeutende Rolle spielen.

Die Weiterentwicklung der Waschmittel wird nie abgeschlossen sein. Einige Gedanken zur Zukunft der Waschmittel sowie des Waschens insgesamt sind in Kapitel 11.6 zu finden.

8.2 Waschgewohnheiten heute

173

Abb. 8.7

Wichtige Innovationen von Persil im berblick (bezogen auf die deutsche Waschmittelrezeptur).

8.2

Waschgewohnheiten heute

Noch in den fÅnfziger Jahren des 20. Jahrhunderts gehÇrte das Wschewaschen zu den mÅhsamsten Ttigkeiten im Haushalt. Das Einweichen der Wsche, Kochen im Waschkessel, von Hand Durchwaschen, AusspÅlen und Auswringen bedeutete schwere Arbeit (Abb. 8.8).

174

8 Waschmittel aus Sicht der Verbraucher

Abb. 8.8

Waschen zu Beginn des 20. Jahrhunderts.

So sah in den fÅnfziger Jahren ein typischer Waschtag fÅr die „große Wsche“

(4-Wochen-Wsche) in einem Mehrfamilienhaus aus [8]:

Planen des Waschtages

WaschkÅchenbenutzung abstimmen; Sortieren der Wsche; Heizmaterial be-reitstellen; Einweichen Åber Nacht

Am nchsten Tag

Kochen im Waschkessel; Heiße Wsche und Waschlauge in Waschwanne um-
fÅllen; Von Hand durchwaschen, auswringen; Warm spÅlen mit Bleichmittel-zusatz; Kalt spÅlen, 2 bis 3 mal krftig auswringen; WaschkÅche aufrumen; subern

Belastungen

Erkltungsgefahr; Belastung der Haut durch lngeren Kontakt mit der Waschlauge und dem SpÅlwasser; vorÅbergehende Vernachlssigung anderer Bereiche des Haushaltes; Grobe Kleidung

Heute erfordert das Waschen im Vergleich zu frÅheren Zeiten kaum noch Ar-beitskraft – dank der Entwicklung moderner Waschmaschinen und Trockenauto-maten, leistungsstarker Waschmittel und neuer, pflegeleichter Textilien.

Wenn man die Entwicklungen beim Wschewaschen in den letzten 50 Jahren historisch nachvollzieht, so wird deutlich, welche enormen Vernderungen in den Haushalten stattgefunden haben:

8.2 Waschgewohnheiten heute

175
x Die 1950er und 1960er Jahre waren geprgt von der zunehmenden Ausstattung der Haushalte mit elektrischen Waschmaschinen. Damit verschwand der

„große Waschtag“, das Waschen der Wsche wurde immer mehr in die Woh-
nung verlagert und zunehmend einfacher. Erste Textilien aus synthetischen Fasern hielten Einzug in die Haushalte. In diesen „Wirtschaftswunderjahren“
war ein steigender Waschmittelverbrauch zu verzeichnen, proportional zur steigenden Zahl der elektrischen Waschmaschinen und einer damit einhergehenden ErhÇhung der Waschhufigkeit.

x In den 1970er Jahren standen technologische Weiterentwicklungen bei Waschmaschinen und Waschmitteln im Vordergrund. Ende der siebziger Jahre
wurde eine weitgehende Marktsttigung bei den Waschmaschinen erreicht.

Der Waschmittelverbrauch stieg nicht weiter an.

x In den 1980er und 1990er Jahren wurde der Glaube an einen ungebremsten technischen Fortschritt zunehmend in Frage gestellt. kologische Weiterentwicklungen dominierten die Entwicklungen beim Waschen. Einsparungen an Energie und Wasser sowie phosphatfreie Waschmittelrezepturen und neue Angebotsformen standen im Vordergrund (Kompaktwaschmittel, Baukastensysteme, FlÅssigwaschmittel), die zum Teil Çkologisch orientiert waren. Das Angebot an Textilien und Textilfasern wurde breiter, neue Fasertypen, z. B. Mikrofasern, und verbesserte Synthese- und Mischfasern kamen hinzu.

x Der Beginn des 21. Jahrhunderts ist geprgt durch hohe AnsprÅche an die Le-bensqualitt und dem Trend zur Selbstverwirklichung. Die Lebensstile driften immer mehr auseinander, es kommt zu einer zunehmenden Individualisierung. Gekennzeichnet ist diese Entwicklung z. B. durch die zunehmende AuflÇsung der klassischen Familienstrukturen und Zunahme von Single-Haushalten. So leben im Jahr 2008 rund 53 % der BevÇlkerung, 43 Millionen Menschen, in 1- und 2-Personenhaushalten (Abb. 8.9).

Das Waschmittelangebot wird immer breiter und vielfltiger. Die Çkologischen Schwerpunkte der 1980er und 1990er Jahre sind noch weiter aktuell, stehen nicht mehr allein im Vordergrund, Çkonomische Kriterien (Preis) und der Anspruch an einfache Handhabung und Bequemlichkeit (Convenience) gewinnen beim Waschen an Bedeutung.

Ein weitgehend gesttigter Markt bei Waschmitteln und Waschmaschinen fÅhrt zu einem starken Wettbewerbsdruck unter den Herstellerfirmen und zu einem großen Innovationsdruck. Nur durch neuartige Produkte und die entsprechende Werbung dazu kÇnnen Aufmerksamkeit und Kaufanreize erzeugt werden.

x Bemerkenswert ist, dass auch heute die Organisation des Haushaltes und gerade das Wschewaschen in den Familien immer noch Åberwiegend von den Frauen geleistet werden.

Zwar wird der eigentliche Waschvorgang heute weitgehend von der Waschmaschine Åbernommen, jedoch verlangt die Organisation des Waschens insgesamt auch in einem modernen Haushalt noch genÅgend Arbeitsaufwand und Zeit, wenn alle Ttigkeiten addiert werden. Einbezogen werden mÅssen dabei auch

176

8 Waschmittel aus Sicht der Verbraucher

82,0 Mio. Einwohner

40,1 Mio. Haushalte
in
leben

Bevölkerung in Deutschland

15,8 Mio. 1-Personen-H.

19,3%

13,6 Mio. 2-Personen-H.

33,3%

9,2 Mio. 3- u. 4-Personen-H. 38,5%

1,4 Mio. 5 und mehr Pers.-H. 8,9%

Verbrauch Waschmittel

610.000 Tonnen

(7,4 kg/Kopf)

Verbrauch an Waschhilfsmitteln

260.000 Tonnen
ca. 4 kg/pro Person und Woche

Gewaschene Wäsche

20 Mio. Tonnen jährlich

165 pro Haushalt und Jahr

Durchschnittliche Zahl der Waschgänge

(260 in 4-Personen-Haushalten)

Durchschnittliche Beladung der Waschmaschine

3,2 kg

14 L/Person Tag

Wasserverbrauch beim Waschen
ca. 400 Mio. m3/Jahr

Durchschnittlicher Wasserverbrauch pro

60 L

Waschgang

Durchschnittliche Waschtemperatur

46,5 °C

Durchschnittliche Energie pro Waschgang

0,87 kWh

Verbrauch elektrische Energie beim Waschen
ca. 6 Mrd. kWh/Jahr

Verbrauch elektrische Energie beim Trocknen
ca. 4 Mrd. kWh/Jahr

Verbrauch elektrische Energie beim Bügeln
ca. 2 Mrd. kWh/Jahr

CO -Emission

2

9.000.000 t/Jahr

(Waschen, Trocknen, Bügeln elektr.)

Durchschnittliche Kosten des Waschens

150,– Euro

(Waschmittel, Strom, Wasser, Waschmaschine)

pro Haushalt und Jahr

Quellen: R. Stamminger 2007, 2009; Stat. Bundesamt www.destatis.de; IKW Nachhaltigkeitsbericht 2008; Umweltbundesamt; Zahlen von 2007 wurden für 2008 extrapoliert

Abb. 8.9

Zahlen zum Waschaufwand in Deutschland 2008.

8.2 Waschgewohnheiten heute

177
die Ttigkeiten zur Vor- und Nachbehandlung der Wsche. Dazu gehÇren im Einzelnen:

x Vorbehandlung von Flecken;
x Sortieren der Wsche nach Farben und Waschprogrammen;
x Einweichen hartnckiger Verschmutzungen;
x EinfÅllen der Wsche in die Maschine;
x Auswahl und Dosierung des richtigen Waschmittels, Wahl des Waschprogramms;
x Aufhngen der Wsche auf die Leine bzw. UmfÅllen in den Wschetrockner; x BÅgeln;
x Zusammenlegen und Einrumen in die Schrnke.

Heute gibt es als Folge der oben angesprochenen Individualisierung der Lebensstile keine einheitlichen, fÅr die Mehrheit zutreffenden Lebens- und Konsumge-wohnheiten mehr, sondern große Unterschiede zwischen den verschiedenen Le-bensweisen. Dementsprechend unterschiedlich sind die Çkologischen (Wasser-, Energie- und Waschmittelverbrauch), Çkonomischen (finanzieller Aufwand) und sozialen (Zeitbedarf) Aufwendungen fÅr das Waschen.

Welch große volkswirtschaftliche und Çkologische Bedeutung das Waschen hat, wird deutlich, wenn man die Zahlen zum Waschaufwand in Deutschland analysiert (Abb. 8.9). Die deutschen Haushalte verbrauchten im Jahr 2008 610.000 Tonnen Waschmittel und zustzlich noch Åber 260.000 Tonnen an Waschhilfs- und Nachbehandlungsmitteln. FÅr das Waschen geben die Haushalte Åber 6 Milliarden Euro jhrlich aus (Kosten fÅr Waschmittel, Energie und Wasser, Waschmaschine). Mit diesem Aufwand werden in den Haushalten jhrlich rund 20 Millionen Tonnen Wsche gewaschen. Jeder Haushalt kann durch entsprechende

Waschgewohnheiten den Energie-, Wasser- und Waschmittelverbrauch beim Waschen reduzieren. Ausgewhlte Aspekte zum Verbraucherverhalten werden im folgenden Teil genauer diskutiert.

8.2.1

Verwendung von Waschmitteln in Deutschland

Waschmittelverbrauch

Abbildung 8.10 zeigt den Pro-Kopf-Verbrauch an Waschmitteln in Deutschland von 1984 bis 2009. Ende der siebziger bis Anfang der achtziger Jahre war der HÇ-
hepunkt beim Pro-Kopf-Verbrauch von Waschmitteln in Deutschland zu verzeichnen. Seitdem fand ein deutlicher RÅckgang statt. Ein bemerkenswerter Einschnitt beim Waschmittelverbrauch ist zur Zeit der Wiedervereinigung erkennbar. Die Berechnungen beziehen 1990 zum ersten Mal die neuen Bundeslnder mit
ein. Weil der Waschmittelverbrauch in der ehemaligen DDR geringer war als in den alten Bundeslndern, ergibt sich ein deutlich geringerer Durchschnitts-wert. Die Waschgewohnheiten gleichen sich in den alten und neuen Bundeslndern erst mit einer zeitlichen VerzÇgerung von einigen Jahren an.

178

8 Waschmittel aus Sicht der Verbraucher

Abb. 8.10

Pro-Kopf-Verbrauch Waschmittel in Deutschland 1984–2009.

Durch die EinfÅhrung der Kompaktwaschmittel der ersten Generation (1989) und der Superkompaktwaschmittel (1994) konnte die Dosierung pro Waschgang in den letzten 15 Jahren deutlich verringert werden. Dies fÅhrte bis Mitte der neunziger Jahre zu einem RÅckgang des Waschmittelverbrauchs. Der RÅckgang ist allerdings differenziert zu betrachten, weil der Waschmittelverbrauch von mehreren Faktoren beeinflusst wird. Dabei spielt die Dosiergenauigkeit (ber-oder Unterdosierung) eine wesentliche Rolle. Durch die in den letzten Jahren stetig verringerte Dosierung pro Waschgang steigt die Gefahr der berdosierung, wenn die Verpackungshinweise nicht beachtet werden bzw. wenn bisherige Dosiergewohnheiten beibehalten werden. Weiterhin haben sowohl der BefÅllungsgrad der Waschmaschine als auch die Waschhufigkeit, die in den letzten Jahren spÅrbar zugenommen hat – insbesondere wegen der zunehmenden Zahl von

Single-Haushalten –, Einfluss auf den Waschmittelverbrauch. berlagert wird dieser Trend durch die strkere Nachfrage nach FlÅssigwaschmitteln seit dem Jahr 2000, die durchschnittlich eine etwas hÇhere Dosierung pro Waschgang als die Superkompaktwaschmittel benÇtigen. Insgesamt geht der Waschmittelverbrauch in den letzten Jahren von 7,7 kg pro Kopf im Jahr 2000 auf 7,15 kg im Jahr 2009 leicht zurÅck (Abb. 8.10).

Legt man die Zahlen aus Abb. 8.9 mit 165 Waschgngen pro Haushalt und Jahr zugrunde, berechnet sich bei einer durchschnittlichen Dosierung von 75 Gramm Waschmittel ein theoretischer Waschmittelverbrauch von rund 6 Kilogramm/Person und Jahr. Daraus lsst sich der Schluss ziehen, dass allein bei korrekter Dosierung ohne nderung der Waschgewohnheiten im Jahr 2009 rund 15 % Waschmittel (90.000 Tonnen) eingespart werden kÇnnten.

8.2 Waschgewohnheiten heute

179

Auswahl des Waschmitteltyps

Die Vollwaschmittel stellen mit 53 % Marktanteil mengen- und wertmßig die wichtigste Gruppe der Waschmittel dar (Abb. 8.11). Sie kÇnnen nach den verschiedenen Angebotsformen differenziert werden: pulverfÇrmige Produkte (Normalware und Superkompaktwaschmittel), flÅssige Produkte und Tabs. Die Begriffe zur Warenkunde der Waschmittel werden in Kapitel 4 genauer erlutert.

Seit ihrer EinfÅhrung Ende der achtziger Jahre haben die Colorwaschmittel (Buntwaschmittel) schnell an Bedeutung gewonnen. Ihr Marktanteil ist mit 33 % (2008) in den letzten Jahren deutlich angestiegen. Colorwaschmittel sind optimiert fÅr das Waschen farbiger Textilen, deren Anteil in der Wsche in den letzten Jahren zugenommen hat. Der Anteil von Weißwsche ist von ca. 75 %
im Jahr 1956 auf ca. 19 % im Jahr 2008 zurÅckgegangen (Abb. 8.12).

Fein- und Spezialwaschmittel (fÅr Wolle und Seide oder Gardinen) besitzen 2008
einen Marktanteil von 14 % (wertmßig). In den letzten Jahren werden flÅssige Produkte deutlich strker nachgefragt (Abb. 8.11).

AufgeschlÅsselt nach Angebotsformen ist der dominierende Waschmitteltyp in Deutschland zwar immer noch das pulverfÇrmige Produkt, jedoch haben flÅssige Waschmittel in den letzten Jahren mit einem Marktanteil von insgesamt 35 %

(2008) deutlich an Bedeutung gewonnen.

Der Verbrauch an FlÅssigwaschmitteln unterliegt einer starken Dynamik. Nach der MarkteinfÅhrung in Deutschland 1981 konnten die FlÅssigwaschmittel Tabs

Fein-/Spezial Flüssig

2%

10%

Vollwaschmittel Pulver,

Fein-/Spezial Pulver

Normalware

4%

23%

Color-WM, flüssig

9%

Vollwaschmittel Pulver,

Superkompakt

Color-WM, Pulver

12%

Superkompakt

8%

Color-WM Pulver,

Vollwaschmittel, flüssig

Normalware

16%

16%

Wert gesamt: 1,226 Mrd. Euro

Abb. 8.11

Anteile der verschiedenen Waschmitteltypen am Gesamtverbrauch in Deutschland (2008).

180

8 Waschmittel aus Sicht der Verbraucher

Abb. 8.12

Anteil farbiger Textilien in der Wsche (1956 bis 2008).

Ende der achtziger Jahre einen Marktanteil von 16 % am Waschmittelmarkt ero-bern. Durch die EinfÅhrung der phosphatfreien Pulverwaschmittel ging der Marktanteil in den neunziger Jahren stark zurÅck. Seit Ende der neunziger Jahre erleben FlÅssigwaschmittel, jetzt deutlich verbessert in der Leistung und erweitert durch neue Angebotsformen (Konzentrate, Gele, neuartige Fein- und Spezialwaschmittel), eine Renaissance. GelfÇrmige Produkte konnten sich dabei durch ihre innovative Erscheinungsform, die bequeme Handhabung und die gute Eig-nung zur Wschevorbehandlung einen stabilen Anteil am Markt der FlÅssigwaschmittel sichern.

Bemerkenswert ist, dass die „Normalware“ bei den pulverfÇrmigen Voll- und Colorwaschmitteln mit einem Marktanteil von ca. 40 % (2008) weiterhin stark nachgefragt wird. DemgegenÅber haben die Superkompaktwaschmittel in diesen Produktkategorien einen Marktanteil von ca. 20 %.

Im Gegensatz zu den MaschinengeschirrspÅlmitteln, wo die Tabs dominieren, wurden Waschmitteltabs mit einem Marktanteil von 2 % im Jahr 2008 in Deutschland nur noch wenig nachgefragt. Die im Jahr 2001 eingefÅhrten FlÅssig-Tabs sind ganz vom deutschen Markt verschwunden.

Abbildung 8.13 zeigt die Dynamik der Marktanteile der verschiedenen Voll-und Colorwaschmitteltypen (ohne Fein- und Spezialwaschmittel) in Deutschland von 1991 bis 2008. Durch EinfÅhrung der Kompaktwaschmittel der ersten Generation im Jahr 1989 und der Superkonzentrate im Jahr 1994 ging der Anteil der herkÇmmlichen Waschmittel bis zum Jahr 1999 bestndig zurÅck. Die Kompaktwaschmittel der ersten Generation wurden durch die weiterentwickelten Super-

8.2 Waschgewohnheiten heute

181

Abb. 8.13

Marktanteile der verschiedenen Voll- und Colorwaschmittel-Produktformen in Deutschland auf Umsatzbasis (1991 bis 2008).

kompaktwaschmittel (Dosierung 67 Gramm pro Waschgang) ÅberflÅssig und haben seit dem Jahr 2000 keine Bedeutung mehr. DemgegenÅber wurde die Dosierung der herkÇmmlichen Waschmittel kontinuierlich von 150 Gramm (1991) auf 80 Gramm (2009) verringert. Die herkÇmmlichen Waschmittel sind dadurch heute vÇllig verschwunden und die „Normalware“ ist seit 2002 als Kompaktwaschmittel zu bezeichnen. Nach einem starken Anstieg der Superkompaktate in der zweiten Hlfte 1990er Jahre ist der Marktanteil dieser Produktgruppe seit dem Jahr 1998 innerhalb von 10 Jahren von 59 % auf 22 % zurÅckgegangen.

Die GrÅnde dafÅr dÅrften vorwiegend Çkonomischer Natur sein. Die Superkompaktwaschmittel sind zwar besonders leistungsstark und ressourcenschonend, aber – bezogen auf den Waschgang – auch hufig etwas teurer. Verbraucher greifen offensichtlich zu den preisgÅnstigen und gleichzeitig grÇßeren Packungen der Normalware. Dieser Trend wird begÅnstigt durch Sonderangebote in den Supermrkten, die Åberwiegend die Normalware betreffen. Die Dynamik der flÅssigen Waschmittel und der Waschmitteltabs wurde bereits im vorherigen Abschnitt angesprochen.

Untersuchungen zeigen, dass nicht alle Verbraucher das Waschmittel richtig auswhlen [9, 10]. Der Åberwiegend gewhlte Waschmitteltyp ist immer noch das Vollwaschmittel, obwohl 81 % der Wsche farbig ist (Stand 2008). Bis zu 10 % der Verbraucher geben an, Vollwaschmittel auch zum Waschen von Wolle und Seide zu nutzen [9, 10].

182

8 Waschmittel aus Sicht der Verbraucher

Beachtung von Dosiervorschriften

Die Dosierempfehlung der Waschmittel ist seit Ende der 1970er Jahre von damals 275 g Waschmittel pro Waschgang stetig verringert worden (vgl. Abb. 4.3). Die EinfÅhrung der Kompaktwaschmittel der ersten Generation Ende der 1980er Jahre und der Superkonzentrate (Niedrigdosierwaschmittel) 1994 haben noch einmal eine weitere Reduzierung erbracht. Niedrigdosierwaschmittel kommen im Jahr 2010 mit nur noch 67 Gramm Waschmittel pro Waschgang aus, Normalware benÇtigt 80 Gramm (bei durchschnittlicher Verschmutzung und mittlerer Wasserhrte). Durch die reduzierte Dosierung sind erhebliche Einsparungen an Waschmittel, Verpackungsmaterial und Transportaufwand mÇglich geworden. Die Vielfalt des Waschmittelangebots und die in den letzten Jahren stetig verringerten Dosierempfehlungen erfordern allerdings eine genaue Beachtung der Verpackungshinweise. Eine Unterdosierung gefhrdet den Wascherfolg und kann zu Kalkablagerungen in der Maschine fÅhren, eine berdosierung fÅhrt zum unnÇ-
tigen Waschmittelverbrauch und zu unnÇtigen Kosten.

Entscheidend ist deshalb die Frage, inwieweit die Verbraucher die Dosiervorschriften tatschlich einhalten. Es gibt in Deutschland nur wenige (Çffentlich zu-gngliche) Erhebungen zum Verbraucherverhalten beim Dosieren. Eine Auswertung von FragebÇgen der Universitt Bonn, Institut fÅr Landtechnik [10], zum Verbraucherverhalten zeigt, dass rund die Hlfte der befragten Verbraucher nach GefÅhl dosiert bzw. lieber etwas mehr Waschmittel nimmt. Es kann davon ausgegangen werden, dass ein Dosieren „nach GefÅhl“ bzw. „nach Erfahrung“ in der Regel zur berdosierung fÅhrt.

Ob die Dosiervorschriften entsprechend den Packungsangaben beachtet werden, hngt u. a. von folgenden Faktoren ab:

x Verstndlichkeit und Deutlichkeit der Dosiervorschriften auf der Packung; x Qualitt und VerfÅgbarkeit von Dosierhilfen (Messbecher);
x Problembewusstsein und Informationsstand der Verbraucher.

Hilfen zur Erleichterung der Dosiergenauigkeit kÇnnen sein:

x Einheitlicher Messbecher fÅr alle Waschmittel.

Vorgeschlagen wird dies schon seit Lngerem seitens der Verbraucherorganisationen, konnte sich aber aufgrund unterschiedlicher Interessenlagen der Herstellerfirmen bisher nicht durchsetzen.

x Vereinfachung der Dosiervorschriften.

Je nach Angebotsform gibt es deutliche Unterschiede in der Einfachheit der Dosierangaben. Bei pulverfÇrmigen Produkten sind Dosiervorschriften differenziert nach drei Wasserhrtebereichen und bis zu vier Verschmutzungsgraden zu finden (Stand 2009). Diese genaue Differenzierung fÅhrt zwar zu einer relativ Åbersichtlichen Darstellung, dÅrfte aber in der Praxis nur von wenigen Haushalten befolgt werden, weil es vielen Verbrauchern nicht leicht fllt, in der Vorschrift den fÅr ihre Wasserhrte und ihren Verschmutzungsgrad richtigen Wert zu finden. Manche flÅssigen Produkte haben deutlich einfachere Dosiervorschriften.

8.2 Waschgewohnheiten heute

183

Ein Forschungsprojekt der Universitt Bonn, Institut fÅr Landtechnik, hat die Waschgewohnheiten von rund 100 Haushalten Åber einen Monat exakt untersucht [9]. Dabei zeigte sich im Mittel eine klare Tendenz zur berdosierung des Waschmittels, allerdings war die Streubreite der Dosiergewohnheiten enorm groß.

8.2.2

Waschverfahren

Wahl der Waschtemperatur

In den letzten Jahrzehnten ist die Waschtemperatur deutlich gesunken. Heute wird die Wsche bei niedrigeren Temperaturen als frÅher gewaschen. Besonders der Anteil der Kochwsche (70 hC bis 90 hC) ist stark zurÅckgegangen. Waren es 1972 noch 42 %, so sind im Jahr 2008 noch 8 % Kochwaschgnge (Abb. 8.14).

DafÅr sind mehrere GrÅnde maßgeblich:

x Viele Textilien enthalten auf ihren Pflegeetiketten eine Temperaturempfehlung von 30 hC oder 40 hC. Bei hÇheren Waschtemperaturen kÇnnen sich empfindliche WschestÅcke verziehen, einlaufen oder verfrben.

x Das LeistungsvermÇgen der Waschmittel im unteren Temperaturbereich (20 hC
bis 40 hC) wurde entscheidend verbessert.

x Verbraucher reduzieren die Waschtemperatur sowohl aus KostengrÅnden als auch aus GrÅnden des Klimaschutzes. Durch eine niedrige Waschtemperatur lsst sich der Energiebedarf beim Waschen erheblich reduzieren (vgl. Abb.

1.22).

Abb. 8.14

Waschtemperaturen in deutschen Haushalten (in % der Waschgnge insgesamt) (1972–2008):

184

8 Waschmittel aus Sicht der Verbraucher

In den letzen Jahren ist die durchschnittliche Waschtemperatur relativ konstant geblieben, sie stagniert bei 46 hC bis 47 hC. Wenn mehr Verbraucher als bisher die Empfehlungen zum nachhaltigen und umweltvertrglichen Waschen konsequent anwenden (s. Kap. 8.4), lsst sich die durchschnittliche Waschtemperatur von 46,5 hC im Jahr 2008 in Deutschland spÅrbar reduzieren.

Wird statt der bisherigen Waschtemperatur bei jedem Waschgang eine Waschtemperatur gewhlt, die eine Stufe niedriger liegt (statt 90 hC nur noch 60 hC, statt 60 hC jeweils 40 hC und statt 40 hC jeweils 30 hC, wobei die bisherigen 30 hC-Waschgnge erhalten bleiben), so ließen sich in Deutschland Einsparungen bis zu 37 % der Energie und damit auch der Kosten erzielen [11]. Wird eine niedrigere Waschtemperatur als bisher gewhlt, so sollte berÅcksichtigt werden, dass sich die Waschzeit entsprechend verlngern muss, um ein gleich gutes Waschergebnis zu erzielen (s. Abb. 1.1 Waschkreis nach Sinner). Dies erfordert eine Ver-
nderung der Waschgewohnheiten bzw. Waschprogramme.

Wahl des Waschprogramms

Mit ca. 60 % aller Waschgnge ist das Kochbunt-Programm das Standardprogramm in jedem Haushalt. Danach folgen die Programme „Pflegeleicht“ bzw.

„Fein“ mit rund 25 %. Waschprogramme fÅr spezielle Textilien (Wolle, Seide) werden mit ca. 4 % aller Waschgnge eher selten gewhlt. In weniger als der Hlfte der Waschgnge werden Zusatzfunktionen fÅr die Waschprogramme angewhlt, z. B. „WeichspÅlen“, „Kurzwsche/Kurzprogramme“, „Energiesparen“,

„Vorwsche“, „Extra SpÅlen“, „Flecken“ (alle Zahlen nach [9]). Die Funktion

„Kurzwsche“ fÅhrt in der Regel nicht zu einer Energie- oder Wasserersparnis.

Die Wahl des Programms „Flecken“ fÅhrt zu einer Verlngerung des eigentlichen Waschganges und kann, wenn gleichzeitig die Temperatur abgesenkt wird, zu einem gleichguten Waschergebnis bei geringerem Energieverbrauch fÅhren [12].

FÅllungsgrad der Waschmaschinen

Bei einer durchschnittlichen Kapazitt der Waschmaschinen von heute ca. 5,5 kg Trockenwsche (Tendenz steigend) betrgt der durchschnittliche BefÅllungsgrad der Waschmaschine in Deutschland 3,2 kg. Die FÅllungsgrad der Maschine ist u. a. auch abhngig vom gewhlten Waschprogramm. Bei empfindlichen Textilien sind Schonwaschgnge notwendig (z. B. „Pflegeleicht“ oder „Fein“), bei denen nicht die volle Kapazitt genutzt werden kann. Kleinere HaushaltsgrÇßen fÅhren hufig dazu, dass die Maschine nicht mehr vollstndig gefÅllt wird.

Es ist davon auszugehen, dass bei besserer Ausnutzung der Waschmaschinenkapazitt eine Reduzierung der Waschhufigkeit und damit eine Einsparung an Waschmittel, Wasser und Energie mÇglich sind. Dem entgegen steht die Zunahme der Single-Haushalte und das damit verbundene, geringere Wscheauf-kommen.

8.2 Waschgewohnheiten heute

185

Wschevorbehandlung, Vorwsche und Handwsche

In Deutschland werden ca. 10 % der WschestÅcke irgendeiner Form vorbehandelt (Stand 2008), im Allgemeinen KleidungsstÅcke mit besonderen Anschmutzungen wie z. B. hartnckigen, eingetrockneten Flecken. Entweder werden spezielle Fleckenentfernungsmittel verwendet oder das WschestÅck wird einge-weicht. Das Einweichen ist in den letzten 30 Jahren stark zurÅckgegangen, von 20 % auf zurzeit nur noch 4 %.

Sehr stark ist der Anteil von Maschinenwschen mit Vorwsche in den letzten 30 Jahren zurÅckgegangen, von ungefhr 50 % 1973 auf deutlich unter 10 %
im Jahr 2008. Dies ist ein Hinweis auf die gesteigerte Effizienz der Maschinen und der Waschmittel.

Der grÇßte Teil der Wsche kann heute in der Maschine gewaschen werden.

Der Anteil von Handwschen ist von ca. 33 % Ende der siebziger Jahre auf heute 3 % zurÅckgegangen.

Nutzung von WeichspÅlmitteln

65 % aller deutschen Haushalte benutzen einen WeichspÅler (Stand 2008). Der Anteil der TÅcher fÅr Wschetrockner liegt bei ca. 2 %.

Trocknen der Wsche

Whrend das Waschen selbst weitgehend automatisch erfolgt, erfordern das Trocknen und besonders das BÅgeln der Wsche weiterhin Zeit und kÇrperlichen Aufwand.

Trocknen im Freien wird als die natÅrlichste Methode gesehen. Jedoch kÇnnen die Çrtlichen Umstnde, wie zum Beispiel Mietwohnung oder das Wetter, Alternativen erfordern, das heißt Trocknen in der Wohnung oder mit Hilfe eines W-
schetrockners. 43 % der deutschen Haushalte besitzen im Jahr 2008 einen W-
schetrockner (s. auch Kap. 1.5).

BÅgeln

Die am wenigsten beliebte Ttigkeit im Zusammenhang mit dem Waschen ist das BÅgeln.

186

8 Waschmittel aus Sicht der Verbraucher

Waschen mit WaschnÅssen –

Çkologisch und Çkonomisch sinnvoll und sozial vertrglich?

In den letzten Jahren hat die Waschnuss, die Frucht des Waschnussbaumes (Sapindus mukorossi), der in vielen Teilen Asiens vorkommt, aus Çkologischen GrÅnden verstrktes Interesse hervorgerufen. WaschnÅsse sind auch in

Deutschland erhltlich, sowohl als ganze NÅsse als auch in Pulverform, als ge-brauchsfertige, halbierte Schalen oder als FlÅssigwaschmittel.

FÅr die Wsche werden die NÅsse geknackt, der schwarze Kern entsorgt und die Schalen in einem Baumwollsckchen (oder einer alten Socke) zur Wsche in die Trommel gegeben. Je nach Waschtemperatur und Hrte des Wassers va-riiert die benÇtigte Menge von 5 bis 7 Nusshlften. Die WaschnÅsse kÇnnen bei Wschen bis zu 40 hC fÅr zwei bis drei Waschgnge verwendet werden, danach kann der Rest kompostiert werden. Durch Zugabe weiterer Zusatzstoffe (Bleichmittel, Enthrter) kann die Waschwirkung verbessert werden, die Zugabe etherischer le verbessert den Wscheduft.

Da der Beutel mit den Nussschalen aus GrÅnden der einfachen Anwendung nach dem Hauptwaschgang in der Waschtrommel verbleibt, geben die Schalen die waschaktiven Substanzen auch whrend der SpÅlvorgnge ab. Die Wirkstoffe der Waschnuss (Saponine) werden dadurch nicht komplett ausgewaschen und verbleiben auf der Wsche.

WaschnÅsse kÇnnen im Prinzip ein konventionelles Waschmittel ersetzen, sind allerdings hinsichtlich der Leistungsfhigkeit und der Waschwirkung nicht mit einem modernen Waschmittel vergleichbar. Ein Test der Zeitschrift
ko-Test ergab 2003, dass WaschnÅsse im Vergleich zu herkÇmmlichen

Waschmitteln nur mßige Waschergebnisse erzielen, die zudem stark von der Art der Verschmutzung abhngig sind.

Die Stiftung Warentest hat im Herbst 2008 zwei Waschnuss-Produkte
exemplarisch untersucht (Waschnussschalen und eine flÅssiges Waschnuss-produkt). Das Ergebnis hat enttuscht. Die Wsche war sehr schnell vergraut.

Die Fleckentfernung war mangelhaft. Teuer waren die WaschnÅsse obendrein.

Die Kosten pro Waschgang waren nicht geringer als bei Nutzung konventioneller Waschmittel. Durch den steigenden Gebrauch von WaschnÅssen in

Westeuropa versechsfachte sich deren Preis im Herkunftsland Indien zwischen den Jahren 2003 und 2008 (TAZ online, 11.03.2008). Auch in puncto Umwelt bringen die WaschnÅsse kaum Vorteile. Die waschaktiven Saponine mÅssen in Klranlagen genauso abgebaut werden wie die biologisch leicht abbaubaren synthetischen Tenside der Waschmittel. Fazit der Stiftung Warentest: WaschnÅsse sind keine Alternative.

Quellen: [13–15]

8.3 Der Waschmittelmarkt im internationalen Vergleich

187

8.3

Der Waschmittelmarkt im internationalen Vergleich

Weltweit

Weltweit werden jhrlich Åber 20 Millionen Tonnen Waschmittel verbraucht.

Diese Stoffe gehÇren damit zu den in grÇßten Mengen hergestellten Endprodukten Åberhaupt. Dabei besteht ein enger Zusammenhang zwischen Lebensstandard und Waschmittelverbrauch. Die Åberwiegende Menge der Waschmittel wird in den hoch industrialisierten Lndern gekauft, wobei Westeuropa, Nordamerika und der asiatisch-pazifische Raum mit Japan die weltweit wichtigsten Absatzmrkte darstellen.

Im Jahr 2007 betrug der Umsatz bei Haushaltswaschmitteln weltweit 43 Mrd.

US-Dollar (Abb. 8.15), wobei drei international ttige „Global Player“ (Procter & Gamble, Unilever, Henkel) einen Marktanteil von 60 % reprsentieren [16].

Bemerkenswert ist, dass die Mehrheit der WeltbevÇlkerung auch heute noch mit der Hand und mit Seife wscht – in Bottichen, Wannen, Brunnen oder im Flusswasser (Abb. 8.16).

Abb. 8.15

Verteilung des Weltmarktes fÅr Waschmittel nach Regionen (2007).

188

8 Waschmittel aus Sicht der Verbraucher

Abb. 8.16

Handwsche mit Seife im Çffentlichen Waschhaus (Italien, Lazio).

Europa

In dem heute weitgehend gesttigten Waschmittelmarkt in Europa fordern und fÇrdern die Çkonomischen Rahmenbedingungen sehr intensiv den Wettbewerb, wobei eine Handvoll große und viele mittelstndische Hersteller um Marktanteile konkurrieren. Daraus entsteht eine Dynamik zur Innovation – nur durch neuartige Produkte und die entsprechende Werbung dazu kann Aufmerksamkeit erzeugt werden. Weiterhin spielen die Produktionskosten heute eine wesentliche Rolle in der Waschmittelentwicklung. Viele Verbraucher fllen ihre Kaufentschei-dung vorrangig nach dem Preis des Produktes.

Der europische Markt fÅr Wasch- und Reinigungsmittel reprsentiert im Jahr 2008 einen Wert von 29,1 Mrd. Euro, davon 14,3 Mrd. Euro fÅr Wasch- und Waschhilfsmittel (Abb. 8.17). Der Waschmittelverbrauch in Europa betrgt rund 4 Millionen Tonnen pro Jahr.

Hinsichtlich der verschiedenen Angebotsformen der Waschmittel wird in vielen Lndern Åberwiegend mit pulverfÇrmigen Waschmitteln gewaschen. In den Lndern Frankreich, Niederlande, Belgien und Italien sind FlÅssigprodukte die be-liebtesten Waschmitteltypen und deutlich strker im Markt vertreten als in den Åbrigen Lndern (Abb. 8.18). Auch in Großbritannien sind FlÅssigwaschmittel sehr beliebt. In vielen sÅd- und osteuropischen Lndern Åberwiegt bei den pulverfÇrmigen Produkten die „Normalware“, in den mittel- und insbesondere in den nordeuropischen Lndern haben superkonzentrierte Pulverwaschmittel (Niedrigdosierwaschmittel) einen deutlich hÇheren Marktanteil. In Großbritannien und Frankreich sind Waschmittel-Tabs beliebter als in den Åbrigen europ-
ischen Lndern (Marktanteil grÇßer 10 %).

Der Pro-Kopf-Verbrauch an Waschmitteln liegt je nach Waschgewohnheit und Konzentrationsgrad der Waschmittel in den europischen Lndern zwischen 4 kg/Jahr bis fast 12 kg/Jahr (Abb. 8.19). FÅr den Pro-Kopf-Verbrauch spielen die regionalen Waschgewohnheiten in den einzelnen Lndern eine große Rolle, insbesondere die Waschhufigkeit der Textilien. Daneben ist aber auch von Be-

8.3 Der Waschmittelmarkt im internationalen Vergleich

189

Abb. 8.17

Europischer Markt der Wasch-, Reinigungs- und Pflegemittel 2008 zu End-verbraucherpreisen (EU 27 plus Norwegen und Schweiz).

Abb. 8.18

Marktanteile der verschiedenen Waschmitteltypen in ausgewhlten europischen Lndern (2008).

deutung, wie hoch der Anteil der Niedrigdosierwaschmittel in den einzelnen Lndern ist. Einen besonders niedrigen Pro-Kopf-Verbrauch an Waschmitteln haben die skandinavischen Lnder.

Eine andere wichtige Entwicklung der letzten 20 Jahre ist die Abkehr von Phosphaten als Enthrterbasis hin zu phosphatfreien Enthrtersystemen auf Basis von

190

8 Waschmittel aus Sicht der Verbraucher

Abb. 8.19

Pro-Kopf-Verbrauch an Waschmitteln in Europa (2008) in kg/Person und Jahr.

Zeolith oder wasserlÇslichen Soda-Silikat-Gemischen. Die berdÅngung und Eutrophierung stehender Gewsser hatte diesen Wandel notwendig gemacht. Inzwischen haben die meisten europischen Lnder praktisch keine phosphathaltigen Waschmittel mehr im Markt. In einigen sÅdeuropischen Lndern sowie in den osteuropischen Lndern haben die Çkologischen Erkenntnisse zur Verwendung des Phosphats bzw. das Verbraucherverhalten allerdings noch nicht dazu gefÅhrt, phosphathaltige Waschmittel ganz vom Markt zu verdrngen.

In mehreren Lndern Europas existieren gesetzliche Phosphatbeschrnkungen (Belgien, Deutschland, Italien, Norwegen, sterreich, Polen, Schweden, Tsche-chien) oder Verbote (Frankreich, Niederlande, sterreich, Schweiz) (Stand 2009). Weltweit gesehen spielen phosphathaltige Waschmittel immer noch eine bedeutende Rolle. In SÅdamerika, Afrika, Australien und weiten Teilen Asiens sind sie vorherrschend (s. auch Abb. 5.4).

Deutliche Unterschiede gibt es bei der Wahl der Waschtemperatur (Abb. 8.20).

Whrend z. B. in Griechenland und Belgien Kochwschen (70 hC bis 90 hC) hufiger sind als in Deutschland, wird in Spanien und Portugal besonders hufig bei 30 hC und tiefer gewaschen. Diese Besonderheit ist darauf zurÅckzufÅhren, dass dem Waschmittel dort wie in Nord- und SÅdamerika hufig Chlorbleiche (Natriumhypochlorit) zugesetzt wird, die schon bei 20 hC ihre volle Wirksamkeit entfaltet und keine hohen Waschtemperaturen erfordert.

Die europischen Lnder sind weltweit fÅhrend im WeichspÅlerverbrauch.

GrÅnde dafÅr sind u. a. das relativ harte Wasser in vielen Gegenden Europas, das Trocknen in der Wohnung besonders in der kalten Jahreszeit, aber auch WÅnsche nach besonders gut duftender und leicht zu bÅgelnder Wsche.

Betrachtet man die Gewohnheiten in Europa genauer, lassen sich starke regionale Unterschiede feststellen. Whrend in den sÅdlichen Lndern fast jedes W-

8.3 Der Waschmittelmarkt im internationalen Vergleich

191

Abb. 8.20

Vergleich der Waschtemperaturen in vier europischen Lndern (Stand 2008).

schestÅck gebÅgelt wird, in Italien selbst die Unterwsche, wird in den nÇrd-lichen Lndern nur ein geringer Teil der Wsche gebÅgelt.

Im internationalen Vergleich kann ohne bertreibung festgestellt werden, dass die Waschmittel-Entwicklung in Westeuropa weltweit fÅhrend ist. kologische Rahmenbedingungen und internationale, teilweise auch freiwillige Vereinbarungen haben in allen wichtigen Lndern hnliche Entwicklungen hervorgerufen. Zu-stzlich haben auch strenge gesetzliche Auflagen – insbesondere zur Beschrnkung oder zum Verbot bestimmter Inhaltsstoffe – die Entwicklung von Wasch-und Reinigungsmitteln nachhaltig beeinflusst. Die wichtigsten und bekanntesten Regelungen in Deutschland sind das Waschmittelgesetz und die PhosphathÇchst-mengenverordnung. Hinzu kommen verschiedene freiwillige Vereinbarungen und Selbstverpflichtungen der Waschmittelindustrie: Verzicht auf APEO und EDTA und der Verzicht auf bestimmte Duftstoffe wie z. B. Moschus-Xylol.

Deutschland

2009 wurden in Deutschland rund 1,84 Mrd. Euro fÅr Wasch- und Waschhilfsmittel ausgegeben. 1,04 Mrd. Euro entfielen davon auf die Vollwaschmittel (Pulver, Tabs, FlÅssigprodukte) [17]. Der Waschmittelmarkt ist hart umkmpft. Ein beachtlicher Anteil der Investitionen fließt deshalb in die Werbung. 2009 wurden in Deutschland 403 Millionen Euro fÅr die Bewerbung von Wasch- und Reinigungsmitteln ausgegeben [18], das entspricht ca. 10 % des Umsatzes bei Wasch- und Reinigungsmitteln (2009: 4,03 Mrd. Euro) bezogen auf die Endverbraucherpreise. Weitere Informationen zum deutschen Waschmittelmarkt und zu den Verbrauchergewohnheiten wurden bereits im Kapitel 8.2 beschrieben.

192

8 Waschmittel aus Sicht der Verbraucher

8.4

Hinweise zum richtigen Waschen

Die Betrachtung des Waschprozesses zeigt, dass fÅr den Waschgang der grÇßte Teil des Energiebedarfs sowie der Abwasser- und Luftbelastungen in den Haushalten anfllt (vgl. Kap. 10 kobilanzen). Somit liegt im huslichen Waschprozess auch das grÇßte Einsparpotential an Energie und Waschmittel. Jeder Einzelne trgt beim Waschen dementsprechend Verantwortung fÅr die Umwelt und sollte die Grundstze des nachhaltigen Waschens beachten. Der Begriff der Nachhaltigkeit wird im Kapitel 11 genauer ausgefÅhrt. Verantwortlich und nachhaltig waschen heißt dabei:

x Gebrauchswert der Wsche erhalten;
x Waschmittel sparsam und effizient einsetzen;
x Energiebedarf beim Waschen reduzieren.

8.4.1

Sechs „goldene“ Regeln zum Waschen

Sechs „goldene“ Regeln, die vom FORUM WASCHEN [19] entwickelt wurden, die jeder beachten sollte und die sich leicht im Alltag umsetzen lassen, kÇnnen dabei helfen, das Waschen umweltvertrglicher zu gestalten, d. h. mit weniger Ressourcenverbrauch ein gutes Waschergebnis zu erzielen. Dies ist mit dem be-stehenden Waschmittelangebot und bei konsequenter Nutzung der technischen MÇglichkeiten der Waschmaschinen mÇglich. So einfach und einleuchtend die hier genannten Hinweise klingen, werden sie jedoch in der Praxis hufig noch zu wenig beachtet. Im Mittelpunkt stehen die Reduktion von Waschmittel- und Energieverbrauch beim Waschen. Die sechs „goldenen“ Regeln stellen eine Fo-kussierung auf die zentralen zu beachtenden Punkte dar. In Waschratgebern und im Internet findet sich noch eine weitaus grÇßere Zahl an mÇglichen Wasch-tipps, die sich aber im Allgemeinen auf die hier genannten sechs Regeln zurÅck-fÅhren lassen. Bei der Beherzigung der Regeln wird Åbrigens nicht nur die Umwelt, sondern auch der eigene Geldbeutel geschont.

Regel 1 Wsche sortieren – nach weiß, bunt, fein, Wolle/Seide

Das Sortieren der Wsche vor dem Waschen ist besonders wichtig, damit das geeignete Waschmittel, die richtige Dosierung, das sparsamste Waschprogramm und die richtige Waschtemperatur gewhlt werden kÇnnen. blicherweise wird die Wsche nach Weiß- und Buntwsche und feine Wsche (Synthetik) sowie Wolle und Seide sortiert.

8.4 Hinweise zum richtigen Waschen

193

Regel 2 Pflegehinweise in den Textilien beachten

In fast jedem KleidungsstÅck sind Pflegehinweise zu finden (s. Abb. 1.17 und Kap.1.4). Die dortigen Pflegehinweise sollten in jedem Fall befolgt werden, um ein gutes Waschergebnis zu erzielen und den Wert des KleidungsstÅcks mÇglichst lange zu erhalten. Die Pflegehinweise liefern wichtige Informationen zur Art des Fasermaterials, zur generellen Waschbarkeit, zur maximalen Waschtemperatur, zum empfohlenen Waschprogramm und zeigen, wie getrocknet und ge-bÅgelt werden darf. Textilien ohne Pflegehinweise sollten nicht gekauft werden.

Regel 3 Waschmaschine mÇglichst voll beladen – ausgenommen Fein- und

Wollwsche

Die Beladungskapazitt einer Waschmaschine wird in Kilogramm trockener W-
sche angegeben und bezieht sich auf eine „Normwsche“ (Bettlaken, Kopfkissen und HandtÅcher aus Baumwolle), um die unterschiedlichen Waschmaschinenty-pen und die verschiedenen Hersteller miteinander vergleichen zu kÇnnen [20].

Nur bei der maximal angegebenen Beladungsmenge wird die volle Energieeffizienz der Waschmaschine erreicht. Wird die Maschine nicht voll gefÅllt, so sinkt bei modernen Waschmaschinen (Beladungserkennung bzw. Programmwahl

„Halbe Ladung“) zwar der absolute Energieverbrauch, der spezifische Energiebedarf pro Kilogramm Wsche steigt aber an. Deshalb lohnt es sich, die Wsche zu sammeln, damit das FassungsvermÇgen der Maschine komplett genutzt werden kann. Das spart Energie und Wasser bei gleich gutem Waschergebnis. Sollte es in Ausnahmefllen nicht mÇglich sein, die Maschine voll zu beladen, kann in Bezug auf die Dosierempfehlung etwas weniger Waschmittel verwendet werden. FÅr Maschinen mit hÇherer Ladungskapazitt (FÅllmenge 6 bis 7 kg) muss entsprechend mehr dosiert werden.

Noch problematischer als ein UnterfÅllen ist die berladung der Waschmaschine. Bei berladung sind die WschestÅcke innerhalb der Waschtrommel nicht mehr hinreichend beweglich, die Waschleistung sinkt deutlich ab. Selbst wenn mehr Waschmittel eingefÅllt wird, wird die Wsche nicht sauberer. Bei einer berladung der Waschmaschine kÇnnen zudem Stoßdmpfer und Trom-mellager beschdigt werden.

Um ein gutes GefÅhl fÅr die richtige Beladung der Waschmaschine zu bekommen, empfiehlt es sich, einmal eine Ladung Trockenwsche abzuwiegen. Ein 10-Liter-Eimer, locker gefÅllt, entspricht ca. 2,5 kg trockener Schmutzwsche.

Als Faustregel gilt: Ihre Waschmaschine ist maximal beladen, wenn die Trommel mit etwas Druck voll beladen wird [20].

Textilien aus empfindlichen Fasern (z. B. Seide, Synthetik, Wolle) oder mit spezieller AusrÅstung, z. B. „Pflegeleicht“, erfordern spezielle Waschprogramme, die u. a. auch eine geringere Beladung der Waschmaschine voraussetzen. In der Gebrauchsanweisung jeder Waschmaschine sind die maximalen Beladungsmengen der unterschiedlichen Waschprogramme angegeben.

194

8 Waschmittel aus Sicht der Verbraucher

Regel 4 Je nach Wscheart das entsprechende Waschmittel whlen

(Voll-, Color-, Fein-, Wollwaschmittel) und jeweilige Dosieranweisung beachten Wichtig fÅr den Erhalt des Gebrauchswertes der Wsche ist die Auswahl des richtigen Waschmittels (Abb. 8.21). Grundstzlich sollte das Waschmittel so ausgewhlt werden, dass es den Anforderungen der Wsche optimal entspricht, also je nach Wscheart ein Voll-, Color-, Fein- oder Wollwaschmittel. Zu beachten sind dafÅr auch die Pflegehinweise in den Textilien, die Auskunft Åber die Waschbarkeit geben (s. Regel 3).

Abb. 8.21

Die Wahl des richtigen Waschmittels.

8.4 Hinweise zum richtigen Waschen

195

Der Anteil farbiger Textilien hat in den letzten Jahren stark zugenommen (s. Abb. 8.12). Diese sollten routinemßig mit einem Waschmittel gewaschen werden, das weder Bleichmittel noch optische Aufheller enthlt. Dementsprechend sollte ein Color- oder Feinwaschmittel das Standardwaschmittel im Haushalt sein. Die pulverfÇrmigen Colorwaschmittel sind leistungsstrker als flÅssige Produkte [21]. FlÅssige Waschmittel eignen sich gut zum Waschen dunkelfarbiger Textilien.

PulverfÇrmige Vollwaschmittel sind die leistungsstrksten Waschmittel [21]. Sie sind optimiert fÅr weiße Wsche und starke Verschmutzungen. Anstelle eines Vollwaschmittels kann mit gleichem Wascherfolg auch ein pulverfÇrmiges Colorwaschmittel mit separatem Bleichmittel (Fleckensalz, Fleckentabs oder flÅssige Bleiche) verwendet werden. Die flÅssigen Vollwaschmittel sind insbesondere bei der Fleckentfernung nicht so leistungsstark wie pulverfÇrmige Produkte.

Besondere Aufmerksamkeit verdienen Wolle und Seide: Voll- und Colorwaschmittel sind alkalisch und enthalten Eiweiß spaltende Enzyme (Proteasen). Alkalien und Proteasen kÇnnen Wolle und Seide deutlich schdigen, deshalb sollte fÅr Wolle und Seide ein Wollwaschmittel verwendet werden. Ersatzweise kann auch ein Haarshampoo gute Dienste leisten.

Waschmittel exakt dosieren

Waschmittel sind heute deutlich konzentrierter als noch vor wenigen Jahren. Die Dosierung pro Waschgang hat sich bei allen Waschmittel-Produkttypen deutlich verringert. Verbraucher, die ihr Waschmittel nach alten Gewohnheiten oder

„nach GefÅhl“ einfÅllen, neigen dazu Åberzudosieren.

Die richtige Dosierung ist abhngig vom Verschmutzungsgrad der Wsche, vom Hrtegrad des Wassers im eigenen Haushalt und der FÅllmenge [22]. Auf der Waschmittelpackung bezieht sich die Dosierung auf 4,5 Kilogramm Weiß-
oder Buntwsche bzw. auf 2,5 Kilogramm Feinwsche. Dosieranleitungen kÇnnen sich auch bei Verwendung des immer gleichen Produkts verndern, da die Hersteller kontinuierlich an Weiter- und Neuentwicklungen arbeiten.

Auskunft Åber den Hrtegrad des Wassers gibt die jeweilige Gemeindeverwal-tung oder der zustndige Wasserversorger. Hufig genÅgt bereits ein Blick in die Jahresabschlussrechnung. Nur bei sehr hartem Wasser ist es erforderlich, zu-stzliche Wasserenthrter (s. Kap. 6.1) zu benutzen. Werden diese verwendet, reicht es, das Waschmittel gemß Wasserhrtebereich 1 (weiches Wasser) zu dosieren. Bei manchen flÅssigen Waschmitteln hngt die Dosierung nicht vom Hrtegrad des Wassers ab.

Seit 1997 wird in Deutschland auf der Packung die Dosierung nach Verschmut-zungsgraden differenziert. Durch diese Differenzierung kann das Waschmittel genauer und sparsamer dosiert werden, denn eine nur schwach verschmutzte W-
sche benÇtigt entsprechend weniger Waschmittel. Eine Orientierung zur Einstufung des Verschmutzungsgrades der Wsche liefert Abb. 8.22 [22]. Zu beachten ist, dass es starke Dosierunterschiede zwischen schwach und stark verschmutzter Wsche gibt. Da der grÇßte Teil der Wsche heute nur noch leicht verschmutzt ist, reicht die kleinste angegebene Dosierung hufig aus. Werden unterschiedlich

196

8 Waschmittel aus Sicht der Verbraucher

Abb. 8.22

Einteilung der Verschmutzungsgrade.

stark verschmutzte Wscheteile gemeinsam gewaschen, so richtet sich die Dosierung nach den am strksten verschmutzten Wscheteilen. Wird stark verschmutzte Wsche vorbehandelt (s. Kap. 8.4.2), kann der Verschmutzungsgrad deutlich reduziert und Waschmittel eingespart werden. Die richtige Vorbehandlung strker verschmutzter Wasche hat also starken Einfluss auf den Waschmittelverbrauch.

Tabs zeichnen sich durch eine besonders einfache und bequeme Handhabung aus. Da aber nur Dosier-Abstufungen in Form ganzer Tabs mÇglich sind, lsst sich die tatschlich benÇtigte Waschmittelportion nicht so genau dosieren wie bei pulverfÇrmigen oder flÅssigen Produkten.

Regel 5 Mit mÇglichst niedriger Temperatur waschen. FÅr Weiß- und Buntwsche maximal 60 hC whlen. Je nach Verschmutzung reichen auch 40 hC, 30 hC oder 20 hC
aus

Durch die Absenkung der Waschtemperatur kann der Energiebedarf beim Waschen deutlich reduziert werden (s. Abb. 1.22). Allerdings muss berÅcksichtigt werden, dass die chemischen Reaktionen und physikalischen Prozesse, die an der SchmutzablÇsung und -beseitigung beteiligt sind, temperaturabhngig sind und mit sinkender Temperatur hufig langsamer ablaufen.

8.4 Hinweise zum richtigen Waschen

197

Seit dem Jahr 2006 werden auch Voll- bzw. Universalwaschmittel und Colorwaschmittel angeboten, mit denen bereits bei Temperaturen unter 30 hC gewaschen werden kann. Neue Waschmaschinen kÇnnen das kalt aus der Leitung kommende Wasser auf eine Temperatur von z. B. 15 hC oder 20 hC erwrmen

[23]. Als „niedrige Temperaturen“ fÅr die Textilwsche werden im Folgenden alle Waschtemperaturen verstanden, die niedriger als 30 hC sind und unter der Bezeichnung 20 hC-Waschgnge zusammengefasst.

Durch die modernen Waschmittel und Waschmaschinen kann heute grund-
stzlich auf den Kochwaschgang verzichtet werden, ohne dabei an Waschleistung zu verlieren. Ein Kochwaschgang bietet weder aus hygienischen GrÅnden noch aus GrÅnden der besseren Waschwirkung Vorteile. Lediglich wenn bestimmte krankheitserregende Keime im Haushalt vorhanden sind, die einer rztlichen Behandlung bedÅrfen, kann nach rztlichem Rat die Kochwsche erforderlich sein.

Leicht verschmutzte sowie farbige und synthetische Textilien kÇnnen grundstzlich im unteren Temperaturbereich (20 hC, 30 hC oder 40 hC) gewaschen werden. Aus hygienischen GrÅnden sollte darauf geachtet werden, dass nicht Åber lngere Zeit ausschließlich bei 20 hC oder 30 hC gewaschen wird (vgl. Kap. 8.5).

Alle zwei Wochen oder jede fÅnfte Waschladung sollte ein 60 hC-Waschgang erfolgen, um ein Åbermßiges Bakterienwachstum bzw. Biofilme in der Waschmaschine zu vermeiden. Weitere Informationen dazu finden sich im Kapitel 8.5.5
zu der Frage „Gibt es hygienische Probleme, wenn die Wsche Åberwiegend bei Temperaturen von 20 hC bis 40 hC gewaschen wird?“

Zu empfehlen ist es, aus hygienischen GrÅnden Unterwsche, Bettwsche, Hand- und GeschirrtÅcher, Wsche, die mit Tieren in BerÅhrung gekommen ist, SpÅllappen u. . bei 40 hC mit Vollwaschmittel oder bei 60 hC mit Voll- oder Colorwaschmittel zu waschen.

Soll bei tieferer Temperatur ein vergleichbares Waschergebnis wie bei hÇherer Temperatur erzielt werden, so mÅssen andere Waschfaktoren (s. Sinner’scher Waschkreis Abb. 1.1) entsprechend vergrÇßert werden. Neben der Nutzung von Waschmitteln, die bei tieferer Temperatur besonders leistungsfhig sind, kann durch eine Verlngerung der Waschdauer die reduzierte Temperatur kompensiert werden. Wenn die Waschzeit durch Wahl der entsprechenden Waschprogramme verlngert wird, ist es mÇglich, gleich gute Waschergebnisse wie bisher zu erzielen, auch wenn die Waschtemperatur um eine Stufe abgesenkt wird [24]. Allerdings kÇnnen Waschleistung und Waschdauer eines Waschprogramms je nach Waschmaschinentyp recht unterschiedlich ausfallen [24–26]. Besonderes effektiv sind spezielle Fleckenprogramme, die bei vielen neuen Waschmaschinen zu finden sind. Das Waschen bei niedriger Temperatur spart auch dann Energie und damit Kosten, wenn die Waschdauer deutlich erhÇht wird, weil die Åberwiegende Energiemenge fÅr das Aufheizen des Waschwassers benÇtigt wird (Abb. 8.23)

[23]. Da die Energieersparnis beim 20 hC-Waschgang im Vergleich zum 30 hC-Waschgang nur gering ist, wird man Niedrigtemperaturwaschgnge bevorzugt bei schwach verschmutzter Wsche whlen.

198

8 Waschmittel aus Sicht der Verbraucher

Abb. 8.23

Durchschnittliche Energiekosten fÅr das Waschen bei unterschiedlichen Waschtemperaturen in Deutschland bei Energiekosten von 0,20 Euro pro Kilowattstunde.

Regel 6 Bevorzugt konzentrierte Waschmittel in NachfÅllpackungen einkaufen Zwischen den verschiedenen Produktgruppen und Angebotsformen bestehen bei Waschmitteln deutliche Unterschiede in der Dosierung. Je weniger Waschmittel pro Waschgang erforderlich ist, desto besser ist es. Die Dosierung des Waschmittels ist auf der Waschmittelpackung in Abhngigkeit von Wasserhrte und Verschmutzungsgrad angegeben.

Seit einiger Zeit wird die Ergiebigkeit auf den Waschmittelpackungen durch einen Wschekorb mit einer Zahl darin angegeben. Dieses Piktogramm symboli-siert auf den ersten Blick erkennbar, wie viele Waschgnge man mit der Packung des betreffenden Waschmittels erzielen kann, bezogen auf mittlere Wasserhrte und 4,5 Kilogramm mittelstark verschmutzte Weiß- oder Buntwsche oder 2,5 Kilogramm leicht verschmutzte Feinwsche.

Es sollten vorrangig Produkte gekauft werden, die in NachfÅllsystemen abgepackt sind. Damit lsst sich der Verpackungsanfall deutlich reduzieren.

8.4.2

Vorbehandlung der Wsche und Fleckentfernung

Strker verschmutzte WschestÅcke enthalten hufig deutlich erkennbare Flecken. Diese Flecken kÇnnen sehr unterschiedlicher Natur sein und einige davon, z. B. Lippenstift, MotorenÇl, Kugelschreiber u. a., lassen sich beim Waschen nur schwer bzw. nur unvollstndig entfernen. In diesen Fllen empfiehlt sich eine Fleckvorbehandlung, d. h. eine gezielte Vorbehandlung an der verschmutzten Stelle, wobei zu beachten ist, dass sich Flecken umso leichter ent-

8.4 Hinweise zum richtigen Waschen

199
fernen lassen, je frÅher sie behandelt werden. Ein Antrocknen von Verschmutzungen sollte in jedem Fall vermieden werden. Einige Tipps zur Fleckbehandlung vor dem Wschewaschen finden sich in den Abb. 8.24 und 8.25. DarÅber hinaus bieten viele Waschmittelhersteller Hilfen zur Fleckbehandlung in Form von BroschÅren oder im Internet an, gibt es eine FÅlle von Fleckenratgebern in Buchform und entsprechende Webadressen im Internet.

Eine Vorwsche ist bei den heutigen Waschgewohnheiten nicht mehr bzw. nur noch in seltenen Ausnahmefllen erforderlich. Sie benÇtigt zustzlich Wasser, Waschmittel und Energie und ist heute nur noch beispielsweise bei Berufsklei-dung mit starken und schwer zu entfernenden Verunreinigungen zu empfehlen.

Als Alternative zur Vorwsche kann bei einigen Waschmaschinen ein Einweich- oder Fleckenprogramm fÅr besonders verschmutzte Wsche gewhlt werden. Grundstzlich ist die oben geschilderte gezielte Fleckvorbehandlung oder das Einweichen der Wsche im kalten Wasser mit Zugabe von etwas FlÅssigwaschmittel zu empfehlen.

Abb. 8.24

Hinweise zur Fleckenbehandlung vor dem Waschen.

200

8 Waschmittel aus Sicht der Verbraucher

Abb. 8.25

Tipps zur Vorbehandlung spezieller Fleckenarten auf Textilien (kleine Auswahl).

8.4 Hinweise zum richtigen Waschen

201

8.4.3

Hinweise zum Trocknen der Wsche

Wschetrockner kÇnnen eine große Erleichterung bei der Hausarbeit bedeuten.

Sie sollten aber stets gezielt, z. B. nur in der kalten Jahreszeit, eingesetzt werden, weil sie einen relativ hohen Energieaufwand erfordern. Die Schleuderzahl der Waschmaschine hat dabei einen erheblichen Einfluss auf den Energiebedarf und die Kosten des Wschetrocknens. Es ist empfehlenswert, die Wsche mit mind. 1400 U/min zu schleudern, bevor sie in den Trockner gebracht wird.

Beim Kauf einer neuen Waschmaschine sollten die Schleuderzahlen dementsprechend mind. 1400 U/min. oder hÇher betragen.

Wird im Winter die Wsche in beheizten Rumen getrocknet, kann der Energiebedarf aufgrund des vermehrten LÅftungsbedarfs noch hÇher liegen als beim Trocknen im Wschetrockner (s. auch Kap. 1.5).

Daraus leiten sich in Anlehnung an die Waschregeln 6 goldene Regeln zum Trocknen und BÅgeln ab [19]:

1. Die Wsche mit mÇglichst hoher Drehzahl schleudern, denn je weniger Wasser enthalten ist, umso weniger Energie und Zeit wird zum Trocknen benÇtigt.

2. Bei vielen pflegeleichten Textilien reicht es, sie nach dem Schleudern einfach auf einen BÅgel zu hngen und trocknen zu lassen.

3. Wenn mÇglich, die Wsche im Freien an der frischen Luft trocknen lassen.

4. Ansonsten die Wsche in einem unbeheizten Raum oder einem Wschetrockner trocknen, denn in einem beheizten Raum wird mehr Energie zum Trocknen verbraucht als in einem Wschetrockner.

5. Wsche nur bis zur gewÅnschten Restfeuchte trocknen und nicht „Åbertrock-nen“ – das spart Energie und erleichtert das BÅgeln.

6. Als Wschetrockner mÇglichst ein feuchtegesteuertes Gert der Energieeffizienzklasse „A“ einsetzen.

8.4.4

Informationen auf der Waschmittelpackung

Eine Waschmittelpackung liefert wichtige Informationen zur Dosierung und richtigen Anwendung, zum Verbraucherschutz (s. Kap. 8.5) und zu den Inhaltsstoffen (Abb. 8.26).

Bei den Dosiervorschriften finden sich außer der gesetzlich vorgeschriebenen Staffelung nach Wasserhrtebereichen Dosierungsempfehlungen gemß Verschmutzungsgrad der Wsche, MaschinengrÇße sowie fÅr die Handwsche. Bei vielen FlÅssigwaschmitteln ist die Dosierung nicht von der Wasserhrte abhngig.

Die Detergenzienverordnung (EG 648/2004) regelt die genaue Kennzeichnung von Inhaltsstoffen (vgl. Anhang 3). Danach sind bestimmte Stoffe zu deklarieren, wenn ihre Einsatzkonzentration 0,2 % Åbersteigt. Dazu zhlen z. B. Seifen, Tenside, Bleichmittel auf Sauerstoffbasis, Zeolithe, Polycarboxylate und Phosphonate.

202

8 Waschmittel aus Sicht der Verbraucher

Abb. 8.26

Musteretikett fÅr eine Waschmittelpackung. Die seit 2005 gÅltige Detergenzienverordnung regelt Angaben, die auf einem Waschmittel oder Reinigungsprodukt vorgeschrieben sind. Grafik: Industrieverband KÇrperpflege- und Waschmittel IKW.

8.5 Verbraucherschutz, Hygiene und Gesundheit

203

Das Vorhandensein dieser Stoffe muss zustzlich durch die Angabe von Prozent-spannen, innerhalb derer sie im Produkt enthalten sind, deutlich gemacht werden. Dabei werden vier Spannen unterschieden: unter 5 %, 5–15 %, 15–30 %
sowie Åber 30 %. Enzyme und Konservierungsmittel sind unabhngig von der Konzentration zu deklarieren. Vorgeschrieben ist ferner die Kennzeichnung sen-sibilisierender Inhaltsstoffe oberhalb 0,1 %.

26 Duftstoffe, die als potentiell allergieauslÇsend gelten, sind nach der EU-Kosmetik-Richtlinie von 2003 auf den Verpackungen kosmetischer Mittel mit ihren INCI-Bezeichnungen einzeln zu deklarieren, wenn ihr Gehalt oberhalb in der Verordnung angegebener Konzentrationen liegt (10 ppm fÅr Produkte, die auf der Haut verbleiben, und 100 ppm fÅr Produkte, die abgespÅlt werden). Durch die Detergenzienverordnung (EG 648/2004) gilt diese Kennzeichnungspflicht seit Oktober 2005 auch fÅr Wasch- und Waschhilfsmittel, wenn der Gehalt der Duftstoffe 0,01 % (100 ppm) Åbersteigt. Auch Konservierungsstoffe sind seit 2005 mit der INCI-Bezeichnung auf der Verpackung anzugeben (weitere Informationen s. Kap. 8.5 und Anhang 3).

Bei auf Grundlage der Gefahrstoffverordnung als gefhrlich eingestuften und daher zu kennzeichnenden Produkten sind wichtige Hinweise auf jeder Verpackung von Wasch- und Waschhilfsmitteln zu finden. Dazu gehÇren die Kennzeichnung der gefhrlichen Merkmale des Erzeugnisses durch Gefahrstoffsymbole und deren Erluterung sowie Hinweise auf Sicherheits- und Schutzmaßnahmen bei der Anwendung. WeiterfÅhrende Informationen dazu finden sich in Kapitel 8.5.

Genauere Angaben zur Zusammensetzung der Wasch- und Reinigungsmittel
finden Verbraucher im Internet. Dort werden die Inhaltsstoffe von Wasch- und Reinigungsmitteln mit ihren INCI-Bezeichnungen aufgelistet, und zwar in ab-steigender Reihenfolge ihres Anteils im Endprodukt. In der Regel wird die Internetadresse, Åber die diese Inhaltsstoffliste erreichbar ist, auf den Verpackungen angegeben.

Schließlich ist vorgeschrieben, dass auf allen Verpackungen die Telefonnummer der Firma angegeben wird, die fÅr die Vermarktung des Wasch- oder Reinigungsmittels verantwortlich ist. Dies erfolgt zustzlich zum schon bisher vorgeschriebenen Namen der Firma und deren Anschrift [27].

8.5

Verbraucherschutz, Hygiene und Gesundheit

Wasch- und Waschhilfsmittel sind Produkte des tglichen Bedarfs, die in jedem Haushalt in grÇßeren Mengen vertreten sind und regelmßig benutzt werden.

Beim Umgang mit diesen Mitteln kann nicht davon ausgegangen werden, dass im Haushalt dafÅr besondere Sicherheitsmaßnahmen eingehalten werden. Folg-lich mÅssen Wasch- und Waschhilfsmittel so gestaltet sein, dass sie sowohl unter den Bedingungen des bestimmungsgemßen Gebrauchs als auch bei davon ab-weichenden voraussehbaren Verwendungen die Gesundheit der Verbraucher

204

8 Waschmittel aus Sicht der Verbraucher
nicht beeintrchtigen. Konkret heißt dies, dass diese Produkte bei Haut- oder Augenkontakt sowie bei einem mÇglicherweise auftretenden Einatmen oder Verschlucken geringer Mengen die Gesundheit des Menschen nicht dauerhaft sch-
digen dÅrfen.

Damit stellt sich die Frage nach mÇglichen gesundheitlichen Risiken durch den Gebrauch von Waschmitteln, wobei die folgenden Fragen von besonderem Interesse sind:

x Welche Warnhinweise und Gefahrenkennzeichnungen finden sich auf einer Waschmittelpackung?

x Gibt es mÇgliche Risiken durch WaschmittelrÅckstnde auf den Textilien?

x Welche Wirkung haben Waschmittel und WeichspÅlmittel auf die Haut?

x Wie groß ist die Gefahr bei Unfllen mit Waschmitteln?

x Gibt es hygienische Probleme, wenn die Wsche Åberwiegend bei Temperaturen von 20 hC bis 40 hC gewaschen wird?

8.5.1

Welche Warnhinweise und Gefahrenkennzeichnungen finden sich auf einer Waschmittelpackung?

Um gesundheitliche Probleme oder Unflle durch den Umgang mit Wasch- und Waschhilfsmitteln zu verhindern bzw. deren Folgen mÇglichst gering zu halten, sind wichtige Hinweise auf jeder Verpackung von Wasch- und Waschhilfsmitteln zu finden:

x Soweit notwendig Kennzeichnung der gefhrlichen Merkmale des Erzeugnisses durch Gefahrstoffsymbole und deren Erluterung.

x Hinweise auf Sicherheits- und Schutzmaßnahmen bei der Anwendung.

Normalerweise sind auf einer Waschmittelpackung keine Gefahrenmerkmale im Sinne des Chemikaliengesetzes bzw. der Zubereitungsrichtlinie zu finden. Bei Waschhilfsmitteln sind Gefahrensymbole angegeben, wenn beispielsweise hochentzÅndliche Treibgase verwendet werden, ein entsprechend hoher Bleichmittel-anteil enthalten ist oder andere Gefahrenmerkmale gegeben sind. In Abb. 8.27
sind Beispiele dazu mit den zugehÇrigen derzeit gÅltigen Gefahrstoffsymbolen aufgefÅhrt.

Sptestens ab dem 1. Juni 2015 ndert sich die Gefahrstoffkennzeichnung und muss den Vorschriften des Global harmonisierten Systems (GHS) zur Einstufung und Kennzeichnung gemß der „GHS-Verordnung“ umgestellt werden (weitere Informationen s. Anhang 3). Wie die Gefahrenkennzeichnung dann voraussichtlich aussehen wird, ist in Abb. 8.28 angegeben.

Zustzlich sind seit dem Jahr 2005 auf den Waschmittelpackungen europaweit einheitliche Warnhinweise in Form von Piktogrammen zu finden, die eine schnelle Orientierung ermÇglichen und der ErhÇhung der Sicherheit im Umgang mit Wasch- und Reinigungsmitteln dienen (Abb. 8.29).

8.5 Verbraucherschutz, Hygiene und Gesundheit

205

Abb. 8.27

Gefahrenkennzeichnung von Wasch- und Waschhilfsmitteln nach der

Zubereitungsrichtlinie.

Gefahr und Risiko

Die im alltglichen Sprachgebrauch meistens gleichbedeutend verwendeten Begriffe „Gefahr“ und „Risiko“ sind im Chemikalienrecht unterschiedlich belegt:

Die „Gefahr“ bezeichnet eine Stoffeigenschaft (z. B. hochentzÅndlich oder reizend). Der Begriff „Risiko“ berÅcksichtigt darÅber hinaus, inwieweit man auch einer bestimmten Gefahr ausgesetzt (exponiert) ist. Das Risiko wird als das Produkt aus Gefahr mal Exposition formuliert:

Risiko = Gefahr x Exposition

Vermeidet man also eine Exposition, z. B. den Hautkontakt, mit einer durch das Gefahrstoffsymbol als gefhrlich gekennzeichneten Substanz, so ist das Risiko einer Gesundheitsschdigung entsprechend gering.

206

8 Waschmittel aus Sicht der Verbraucher

Abb. 8.28

Voraussichtliche Gefahrenkennzeichen von Wasch- und Waschhilfsmitteln nach der GHS-Verordnung (EG) Nr. 1272/2008.

Unabhngig von den konkreten Sicherheitshinweisen auf der Verpackung sollten alle Wasch- und Waschhilfsmittel genau wie Reinigungsmittel immer so aufbewahrt werden, dass sie fÅr kleine Kinder nicht zugnglich sind und nicht mit Lebensmitteln verwechselt werden kÇnnen. Leider wird gegen diese Maßnahme in der Praxis hufiger verstoßen.

x Wasch- und Reinigungsmitteln wird im Haushalt hufig nicht die notwendige Aufmerksamkeit entgegengebracht. Sie werden fÅr Kinder leicht zugnglich aufbewahrt und nur ungenÅgend gesichert.

x Wasch- und Reinigungsmittel werden teilweise in ungeeigneten Behltnissen gelagert. Dazu zhlen z. B. die Aufbewahrung in Getrnkeflaschen oder das UmfÅllen in Behltnisse ohne oder mit unzureichender Kennzeichnung.

8.5 Verbraucherschutz, Hygiene und Gesundheit

207

Abb. 8.29

Sicherheitshinweise auf europischen Waschmittelverpackungen.

c A.I.S.E.

208

8 Waschmittel aus Sicht der Verbraucher

8.5.2

Gibt es mÇgliche Risiken durch WaschmittelrÅckstnde auf den Textilien?

Eine Studie des Forschungsinstituts Hohenstein [28] hat WaschmittelrÅckstnde nach dem Waschen von herkÇmmlichen und superkompakten Waschmitteln miteinander verglichen. Verglichen wurden auch die Waschverfahren in den 1980er Jahren (Wasserverbrauch 28 L pro kg Wsche) und 1998 (15 L pro kg Wsche). Es zeigte sich, dass bei jedem Waschen geringe Mengen Waschmittel auf den Textilfasern verbleiben, die sowohl anorganischer als auch organischer Natur sind.

Weiterhin konnte nachgewiesen werden, dass durch die Umstellung auf moderne wassersparende Waschmaschinen und Superkompaktwaschmittel die Menge der WaschmittelrÅckstnde auf den Textilien nicht angestiegen, zum Teil sogar etwas geringer geworden ist.

Die anorganischen Inkrustationen bestehen bei zeolithhaltigen Pulverwaschmitteln im Wesentlichen aus ZeolithrÅckstnden. Die Menge der RÅckstnde ist u. a. von der Waschtemperatur abhngig und liegt in der GrÇßenordnung von 0,5 bis 2 g pro 100 g Textil. Sie nimmt mit der Anzahl der Wschen leicht zu. Durch den Anteil der Alkalien liegt der pH-Wert frisch gewaschener Wsche im Bereich von 9,3 bis 9,9. Bei FlÅssigwaschmitteln findet man in der Regel keine anorganischen RÅckstnde.

Die organischen RÅckstnde bestehen im Wesentlichen aus Tensiden und liegen in einer GrÇßenordnung von 100 mg pro 100 g Textil. Die anionischen Tenside Åberwiegen, ihr Anteil an den gesamten TensidrÅckstnden betrgt etwa 60
bis 70 %. Auch nach vielen Wschen bleibt die Menge der TensidrÅckstnde konstant, es kommt nicht zu einer Anreicherung von Tensiden auf der Wsche. Zu-stzlich verbleiben unterschiedliche Mengen optische Aufheller, die Åblicherweise in Vollwaschmitteln enthalten sind, auf der Wsche. Die RÅckstnde von Enzymen auf den Textilien sind wegen ihrer guten AusspÅlbarkeit ußerst gering.

Die auf der Wsche verbleibende geringe Konzentration der Tenside ist unbedenklich und fÅhrt nicht zu Hautreizungen. Weiterhin ist zu berÅcksichtigen, dass die Tenside relativ fest auf der Faser gebunden sind, nur ein kleiner Teil geht auf die Haut Åber. Auf die besondere Problematik der kationischen Tenside wird im folgenden Kapitel nher eingegangen.

EnzymrÅckstnde nach dem Waschen sind ußerst gering und fÅhren nach
allen bisher vorliegenden wissenschaftlichen Untersuchungen nicht zu einer messbaren Reizung oder Sensibilisierung der Haut [29, 30].

Insgesamt wird heute das Risiko fÅr die Haut durch WaschmittelrÅckstnde auf den Textilien als sehr gering angesehen [31].

Neu gekaufte Textilien sind hufig mit grÇßeren Tensidmengen, Farbstoffresten und anderen AusrÅstungschemikalien Åberzogen. In diesen Fllen sind Hautreizungen und Unvertrglichkeitsreaktionen bei Hautkontakt durchaus mÇglich. Vor dem ersten Tragen sollten Textilien, bei denen es zu direktem Hautkontakt kommt, z. B. Unterwsche, StrÅmpfe, Hemden, Blusen, T-Shirts u. a., in jedem Fall grÅndlich gewaschen werden.

8.5 Verbraucherschutz, Hygiene und Gesundheit

209

8.5.3

Welche Wirkung haben Waschmittel und WeichspÅlmittel auf die Haut?

Ein Hautkontakt mit Waschmitteln ist bei der Anwendung hufig nicht zu vermeiden und ein derartiger Kontakt belastet zwangslufig die Haut. Im Allgemeinen, bei geringem und kurzzeitigem Hautkontakt, wird dies von der Haut ohne weiteres verkraftet. Es kÇnnen aber auch Flle auftreten, in denen es nach Gebrauch von Wasch- oder Waschhilfsmitteln zu Hautreizungen oder Unvertrglichkeitsreaktionen kommt, beispielsweise bei empfindlicher oder vorgeschdigter Haut. Entscheidend fÅr den Grad der Hautbelastung sind Einwirkdauer und Anwendungshufigkeit bei der Benutzung von Wasch- und Waschhilfsmitteln.

Hautschutzmaßnahmen sind besonders wichtig fÅr Menschen mit empfindlicher oder vorgeschdigter Haut. Dazu gehÇren: Hautkontakt mÇglichst vermeiden, auf die Haut gelangende Mittel sofort abspÅlen, Handschuhe tragen, Hautschutz-creme benutzen.

Da sich Unvertrglichkeiten gegenÅber einem bestimmten Mittel oder einer chemischen Substanz hufig nicht einem eindeutigen Krankheitsbild zuordnen lassen und klare kausale Ursache-Wirkungs-Beziehungen nur selten herzustellen sind, werden unter diesem Begriff verschiedene Symptomatiken zusammengefasst: Von den eher unspezifischen berempfindlichkeiten bis hin zu echten, im-munologisch nachweisbaren allergischen Reaktionen.

Die Bewertung der Hautvertrglichkeit, insbesondere auch der Vertrglichkeit der Schleimhute, die z. B. beim Augenkontakt von großer Bedeutung ist, wird sorgfltig untersucht. Whrend Tierversuche bei Wasch-, Reinigungs- und Pflegemitteln gesetzlich nicht gestattet sind, ist es erlaubt und auch Åblich, unter medizinischer Kontrolle die Hautvertrglichkeit von Wasch- und Waschhilfsmitteln an freiwilligen Versuchspersonen zu testen. Dabei wird geprÅft, ob von diesen Er-zeugnissen eine Reizung der Haut ausgehen kann, z. B. durch mechanische Beanspruchung oder zu langes Einwirken von Waschmitteln, Seife oder anderen Stoffen auf die Haut.

FÅr die gesundheitliche Sicherheitsbeurteilung [32] von Wasch- und Waschhilfsmitteln sind die folgenden Inhaltsstoffe von besonderer Bedeutung, wobei fÅr den Belastungsgrad der Haut Einwirkdauer und Anwendungshufigkeit entscheidend sind:

x Zu den hautreizenden Inhaltsstoffen zhlen Tenside, Alkalien, Bleichmittel und LÇsungsmittel. Es sind allerdings keine Flle bekannt, wo es durch den kurz-zeitigen Hautkontakt beim Dosieren der Waschmittel zu Hautreizungen gekommen ist [31].

x Zu einem lngeren Kontakt mit dem Waschmittel kommt es bei der Handw-
sche. Ein typischer unerwÅnschter Effekt danach ist die ausgetrocknete Haut.

Bei der Handwsche liegt dies daran, dass der Suremantel der Haut durch die Alkalitt des Waschmittels vermindert und die Haut durch Tenside zu stark entfettet wird. Es kann aber auch zu HautrÇtungen und durch die aufge-weichte Haut zu AbschÅrfungen an den HandknÇcheln kommen. Diese Symp-

210

8 Waschmittel aus Sicht der Verbraucher
tome sind reversibel und verschwinden nach einiger Zeit wieder. Durch Hautschutzmaßnahmen (Handschuhe, eincremen) lassen sich bei der Handwsche Hautreizungen vermeiden oder zumindest minimieren. Dies ist besonders bei empfindlicher oder vorgeschdigter Haut zu empfehlen.

x Wenn es (sehr selten) zu berempfindlichkeiten oder allergischen Reaktionen bei Wasch- und Waschhilfsmitteln kommt, kÇnnen auch Duftstoffe die Ursache sein. Bisher gibt es allerdings keine eindeutigen Hinweise dafÅr, dass Duftstoffe in Waschmitteln eine problematische Konzentration Åberhaupt erreichen

[33]. Die eigentlichen AuslÇser der Allergie oder berempfindlichkeit kÇnnen evt. Duftstoffe aus kosmetischen Mitteln sein, die dann zu Querempfindlich-keiten fÅhren. Es ist bekannt, dass einige Duftstoffe, sowohl natÅrlichen als auch synthetischen Ursprungs, zu den hufigen AuslÇsern fÅr Allergisierungs-und Sensibilisierungsreaktionen im Haushalt gehÇren.

Die EU-Detergenzienverordnung nennt 26 potentiell Allergien auslÇsende Duftstoffe, die einzeln deklariert werden mÅssen, wenn ihr Gehalt in Wasch-und Reinigungsmitteln 0,01 % Åbersteigt (s. Anhang 3). Diese Regelung gilt seit 2005. Damit kÇnnen sich Verbraucher, die unter Allergien oder Unvertrglichkeiten leiden, Åber die in einem Erzeugnis enthaltenen Duftstoffe genauer als frÅher informieren und diese gegebenenfalls meiden.

Nicht alle 26 Duftstoffe sind auch tatschlich potente Allergene. Zu den wichtigen Allergenen zhlen (in Klammern die INCI-Bezeichnung): Eichenmoos-extrakt (Evernia Prunastri Extract), Isoeugenol (Isoeugenol), Eugenol (Eugenol), Zimtaldehyd (CinnamaI), Zimtalkohol (Cinnamylalkohol) und Hydroxycitronellal (Hydroxycitronellal) [33].

x Von einigen Konservierungsmitteln ist bekannt, dass sie in Einzelfllen allergische Reaktionen auslÇsen kÇnnen. Zu diesen gehÇren Dibromdicyanobutan und die Isothiazolinone. Konservierungsmittel werden nur in flÅssigen Wasch- und Waschhilfsmitteln eingesetzt.

x Hufig wird die Vermutung geußert, dass Enzyme in Waschmitteln zu Allergien fÅhren kÇnnen. Dies hat sich nicht besttigt. Klinische Studien haben gezeigt, dass Enzyme (Proteasen, Amylasen, Cellulasen) in verdÅnnter Form, wie es z. B. bei Waschmitteln der Fall ist, kein signifikantes Sensibilisierungspoten-tial auf der Haut besitzen [34]. Enzyme kÇnnen allerdings beim Einatmen die Bronchien reizen und Asthmaanflle auslÇsen. Im Haushalt ist ein Einatmen von Enzymstaub durch die Einkapselung der Enzyme aber auszuschließen.

Zu berÅcksichtigen ist, dass Enzyme in hÇherer Konzentration eine hautreizende Wirkung besitzen.

x Neuere wissenschaftliche Untersuchungen haben gezeigt, dass optische Aufheller nicht zu Hautreizungen oder berempfindlichkeitsreaktionen fÅhren [35].

x Alle anderen Waschmittelinhaltsstoffe werden als unproblematisch fÅr die Haut angesehen.

Weitere Informationen zur toxikologischen Bewertung einzelner Inhaltsstoffe von Wasch- und Reinigungsmitteln finden sich in [36].

8.5 Verbraucherschutz, Hygiene und Gesundheit

211

Besonders hervorzuheben ist die Diskussion um die Hautvertrglichkeit von WeichspÅlmitteln. Bestimmungsgemß verbleiben die Wirkstoffe, die kationischen Tenside, nach der Anwendung auf den Textilien und fÅhren damit auch zu einem zwangslufigen Hautkontakt. Entgegen der hufig geußerten Meinung haben umfangreiche wissenschaftliche Studien gezeigt, dass die heute eingesetzten kationischen Tenside, die Esterquats, keine Hautreizungen hervorrufen, auch nicht bei empfindlicher und vorgeschdigter Haut. Reagiert die Haut empfindlich auf Wolle oder andere Textilfasern, kÇnnen WeichspÅler sogar Vorteile haben und durch die Faserglttung zu einer Hautschonung beitragen [37–39].

Wasch- und Waschhilfsmittel enthalten eine Vielzahl verschiedener Inhaltsstoffe (vgl. Kap. 5), so dass sich bei einer aufgetretenen Unvertrglichkeitsreaktion der Haut die dafÅr verantwortlichen chemischen Substanzen nur selten eindeutig ermitteln lassen. Zu berÅcksichtigen ist auch, dass eine Substanz nicht nur in einem bestimmten Waschmittel, sondern auch an anderen Stellen und in anderen Produkten im Haushalt vorkommen kann. Sind Hautunvertrglichkeitsreaktionen aufgetreten, so sind diese oft an ein bestimmtes Produkt gebunden und verschwinden bei einem Wechsel auf ein anderes Mittel. Nur in ganz seltenen Fllen treten sie auch bei jeglichem Gebrauch von Wasch- bzw. Waschhilfsmitteln auf. Einige Hersteller bieten spezielle, fÅr die empfindliche Haut optimierte Waschmittel an (z. B. unter der Bezeichnung „Sensitiv“). Verbraucher, bei denen Unvertrglichkeitsreaktionen der Haut oder der Atemwege durch Waschmittel auftreten, kÇnnen auf diese Produkte zurÅckgreifen.

In Form von RÅckmeldungen oder Beanstandungen seitens der Verbraucher, der Verbraucherverbnde, medizinischer Einrichtungen und anderer Institutionen findet weiterhin eine kontinuierliche Produktbeobachtung statt. Bei den Millionen von Produkteinheiten, die jhrlich von Verbrauchern verwendet werden, kommt es von Zeit zu Zeit zu Anfragen an die Firmen bezÅglich vermuteter Unvertrglichkeiten. Die Zahl der Anfragen ist in der Regel gering und hngt in erster Linie von den Verkaufszahlen des jeweiligen Produktes ab. Dies besttigt die allgemein gute Vertrglichkeit der heutigen Wasch- und Waschhilfsmittel.

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass Wasch- und Waschhilfsmittel –
bei bestimmungsgemßem Gebrauch – unbedenklich fÅr die gesunde Haut
sind. Nur sehr selten treten Unvertrglichkeits- oder Sensibilisierungsreaktionen auf [40–45]. Echte Allergien durch Wasch- und Waschhilfsmittel sind in den letzten Jahren nur in wenigen Einzelfllen dokumentiert. Ein lngerer und hufig wiederholter Hautkontakt mit diesen Mitteln sollte nach MÇglichkeit vermieden werden. Hautschutzmaßnahmen sind zu empfehlen bei empfindlicher oder vorgeschdigter Haut.

Seit einigen Jahren sind umfassende Daten zur Risikobewertung fÅr wichtige Inhaltsstoffe von Wasch- und Reinigungsmitteln Åber das HERA-Projekt

(= Human and Environmental Risk Assessment) Çffentlich zugnglich. Der Internationale Wasch-, Pflege- und Reinigungsmittelverband A.I.S.E., BrÅssel, und der Europische Chemieindustrieverband CEFIC haben 1999 begonnen, unter der Internetadresse www.heraproject.com Sicherheitsdaten zur Toxikologie und ko-toxikologie zu verÇffentlichen. Das Projekt ist mittlerweile weitgehend abge-

212

8 Waschmittel aus Sicht der Verbraucher
schlossen, und weit Åber 30 Substanzen bzw. Substanzgruppen sind umfassend dokumentiert. Wissenschaftlich interessierte Verbraucher kÇnnen sich auf der oben genannten (englischsprachigen) Internetseite Åber mÇgliche Umwelt- und Gesundheitsrisiken informieren.

8.5.4

Wie groß ist die Gefahr bei Unfllen mit Waschmitteln?

Wasch- und Reinigungsmittel stellen in fast jedem Haushalt die grÇßte Gruppe der vorrtigen chemischen Produkte dar. Dementsprechend hufig kommt es auch zu absichtlichen oder unabsichtlichen Expositionen durch Kontakt mit diesen Mitteln Åber die Haut, die Augen, die Atemwege oder den Magen-Darm-Trakt. Die Wirkungen von Wasch- und Waschhilfsmitteln auf die Haut und die Schleimhute wurden bereits im vorhergehenden Kapitel genauer beschrieben.

DarÅber hinaus gehÇrt die versehentliche orale Aufnahme von Wasch- und Reinigungsmitteln statistisch gesehen zu den besonders hufigen Unfllen mit Haus-haltschemikalien. Zu einer unbeabsichtigten oralen Aufnahme von Wasch- und Reinigungsmitteln kann es z. B. bei Verwechselungen, Fehlanwendungen oder unsachgemßer Aufbewahrung in ungeeigneten oder nicht gekennzeichneten Behltnissen kommen. Insbesondere Kinder im Alter bis zu 4 Jahren sind gefhrdet, wenn Produkte nicht unter Verschluss aufbewahrt werden oder wenn kleine Kinder whrend des Waschens und Reinigens im Haushalt die dabei benutzten Mittel in unbeobachteten Momenten auf Geruch und Geschmack untersuchen oder damit spielen. Auch absichtliche Expositionen (Selbstschdigung, Substanz-missbrauch, Fremdbeibringung durch Dritte) kommen in Einzelfllen vor, spielen jedoch eine relativ geringe Rolle [46].

In Deutschland wird die Zahl der Vergiftungen und Vergiftungsverdachtsflle (Expositionsflle) durch die Statistiken der neun Giftinformationszentren erfasst.

Jhrlich werden den Giftinformationszentren ca. 15.000 bis 20.000 Expositionsflle zu Wasch- und Reinigungsmitteln gemeldet.

Das Giftinformationszentrum Nord in GÇttingen ist zustndig fÅr die Bundeslnder Bremen, Hamburg, Niedersachsen und Schleswig-Holstein. Es hat Åber einen Zeitraum von 10 Jahren u. a. die Unfallmeldungen mit Wasch- und Reinigungsmitteln systematisch ausgewertet. Die Auswertung hat folgende Ergebnisse erbracht: [46]:

x Insgesamt wurden rund 21.500 Expositionsflle zu Wasch- und Reinigungsmitteln ausgewertet.

x In etwa 60 % der Flle sind Kleinkinder bis 4 Jahre betroffen.

x Die durch Unflle aufgenommenen Mengen an Wasch- und Reinigungsmitteln sind Åblicherweise gering und es kommt durch Unflle nur sehr selten zu grÇ-
ßeren Gesundheitsschden, die einer rztlichen Behandlung bedÅrfen. In mehr als 2/3 aller Flle treten keine Vergiftungssymptome auf, in 2 % der Flle entwickeln sich schwere oder lebensbedrohliche Vergiftungssymptome.

8.5 Verbraucherschutz, Hygiene und Gesundheit

213
x Whrend einige Reinigungsmittel, z. B. Abfluss- oder Sanitrreiniger sowie In-dustriereiniger, durchaus ein grÇßeres Risikopotential besitzen [46], fÅhren Un-flle mit Wasch- oder Waschhilfsmitteln nur sehr selten zu grÇßeren gesundheitlichen Problemen oder bleibenden Schden – auch wenn in einzelnen Fllen vorÅbergehende Beschwerden, wie belkeit, Erbrechen, Durchfall oder Schleimhautreizung auftreten. Meist liegt die Dosis, die zum AuslÇsen von Brechreiz fÅhrt, bei Wasch- und Waschhilfsmitteln so niedrig, dass eine Ein-nahme hoher Stoffmengen, die zu Schden fÅhren kÇnnen, weitgehend ausgeschlossen ist. In weniger als 1 % der gemeldeten Expositionsflle durch Wasch-oder Waschhilfsmittel (12 Flle in zehn Jahren) traten schwere oder mittelsch-were Vergiftungssymptome auf.

Kommt es zu einem versehentlichen Verschlucken von Wasch- oder Waschhilfsmitteln, sollten die Verbraucher im Zweifelsfall ein Giftinformationszentrum an-rufen. Damit diese eine ausreichende Entscheidungsgrundlage fÅr das Einleiten mÇglicherweise notwendiger Schritte haben, stellen die Waschmittelhersteller dem Bundesinstitut fÅr Risikobewertung (BfR) Rahmenrezepturen ihrer Produkte zur VerfÅgung, aus denen sowohl die Inhaltsstoffe wie auch die wichtigsten toxikologischen Daten ersichtlich sind. Das BfR gibt diese Informationen an die Giftinformationszentren weiter, die von den Verbrauchern und rzten direkt kontaktiert werden kÇnnen. Sollten darÅber hinaus spezielle Fragen zu einzelnen Produkten erforderlich sein, die sich aus den bei den Giftinformationszentralen verfÅgbaren Daten nicht beantworten lassen, empfiehlt es sich, direkt zu den Waschmittelherstellern Kontakt aufzunehmen.

8.5.5

Gibt es hygienische Probleme, wenn die Wsche hufiger bei Temperaturen von 20 hC bis 40 hC gewaschen wird?

Whrend die Entfernung des Schmutzes und unangenehmen Geruches aus den Textilien deutlich spÅrbar ist, entzieht sich die Beseitigung der Mikroorganismen (Bakterien, Pilze, Viren) von der Wsche unseren Sinnen. Die Wsche ist schon nach kurzer Tragedauer von einer großen Anzahl Mikroorganismen besiedelt.

Die Keimzahlen schwanken dabei sehr stark und liegen in einer GrÇßenordung von 100 bis 1.000.000.000 Keime pro Gramm Wsche. Die hÇchsten Keimzahlen haben KleidungsstÅcke, die direkten Kontakt mit dem KÇrper haben: Unterw-
sche und StrÅmpfe. Ebenfalls stark mit Mikroorganismen belastet sind SpÅllappen und –schwmme sowie GeschirrtÅcher, die mehrere Tage in Gebrauch sind.

Die in der Regel nicht krankheitsrelevanten Mikroorganismen auf der Oberbekleidung stammen Åberwiegend vom menschlichen KÇrper, die meisten Bakterien in gebrauchter Unterwsche von menschlichen Ausscheidungen und
damit aus der Darmflora. Einige davon sind krankheitserregend, jedoch nur dann, wenn sie massenhaft auftreten. Eine besondere Beachtung verdienen Haut- und Hefepilze (Fuß- und Nagelpilze, Candida albicans), die zu Infektionen

214

8 Waschmittel aus Sicht der Verbraucher

Abb. 8.30

MÇgliche Infektionskette bei der Wschepflege [47].

8.5 Verbraucherschutz, Hygiene und Gesundheit

215

Abb. 8.31

Mit Schimmelpilzen belegte EinspÅlkammer einer Waschmaschine.

der Haut und der Schleimhute fÅhren und Hausstaubmilben, die Allergien auslÇsen kÇnnen.

Ziel der Wschehygiene im Haushalt ist es, eine Keimverminderung auf ein gesundheitlich unbedenkliches Maß zu erreichen. Eine keimfreie, desinfizierte W-
sche ist im Haushalt nicht erreichbar und auch nicht wÅnschenswert. Im Gegenteil – das Immunsystem des Menschen hat sich lngst an die Umgebungskeime gewÇhnt und benÇtigt die Auseinandersetzung mit den Mikroorganismen zur Gesunderhaltung. Selbst krankheitserregende Keime sind erst dann ein Problem, wenn sie in grÇßerer Zahl auftreten. Wschedesinfektionsmaßnahmen sind nur im medizinischen Bereich, z. B. im Krankenhaus, angebracht.

Solange die Wsche trocken gelagert wird, kÇnnen sich Bakterien und Pilze nicht vermehren. Sie sterben aber auch nicht ab, sondern Åberleben Åber mehrere Wochen. Wird die Wsche Åber lngere Zeit nass oder feucht aufbewahrt, kommt es zu einer starken Vermehrung der Mikroorganismen, erkennbar an einem unangenehmen Geruch und so genannten Stockflecken auf den Textilien.

ber eine mit Mikroorganismen kontaminierte Wsche kÇnnen Keime durch Kreuzinfektion im gesamten Haushalt Åbertragen werden (Abb. 8.30).

Auch die Waschmaschine ist nicht keimfrei. Dies kann besonders dann ein Problem sein, wenn die Wsche Åber lngere Zeit ausschließlich bei 20 hC oder 30 hC gewaschen wird oder die Waschmaschine von mehreren Haushalten gemeinsam benutzt wird (Gemeinschaftswaschmaschinen, Waschsalons). Abbildung 8.31 zeigt die EinspÅlkammer einer Waschmaschine, die Åber einen lngeren Zeitraum nicht gereinigt und getrocknet wurde. Sie ist mit Schimmelpilzen besiedelt.

Beim Waschen und der Nachbehandlung der Wsche findet immer eine mehr oder weniger starke Keimverminderung statt, wobei mehrere Faktoren zu berÅcksichtigen sind:

x Mechanische EinflÅsse: Schon allein durch die mechanische Bewegung der W-
sche beim Waschen werden viele, aber lngst nicht alle Mikroorganismen von der Wsche entfernt. Kommen keine weiteren keimvermindernden Faktoren (erhÇhte Temperatur, Chemie) hinzu, so kÇnnen Keime von stark belasteten

216

8 Waschmittel aus Sicht der Verbraucher

KleidungsstÅcken (z. B. StrÅmpfe oder GeschirrtÅcher) sogar auf weniger belastete WschestÅcke Åbertragen werden. Die Keimbelastung eines mitgewa-schenen KleidungsstÅckes kann in diesem Fall nach dem Waschen hÇher
sein als vorher.

x Thermische EinflÅsse: Einen wichtigen Einfluss auf die Keimverminderung hat die Waschtemperatur. Neben der Temperatur spielen aber hier noch weitere Faktoren eine Rolle: die Zeit, der pH-Wert und vorhandene antimikrobielle Substanzen. Ein deutliches Absterben von Keimen beginnt bei Temperaturen ab 40 hC, oberhalb einer Waschtemperatur von 55 hC werden die meisten Bakterien abgetÇtet. Allerdings wird selbst bei der Kochwsche (90 hC) keine absolute Keimfreiheit (Sterilitt) der Wsche erreicht. Untersuchungen zeigen [48], dass beim 60 hC-Waschgang gesundheitlich relevante (pathogene) Haut- und Hefepilze sicher abgetÇtet werden. Wird lngere Zeit bei 20 hC oder 30 hC gewaschen, lsst sich keine ausreichende hygienische Reinheit garantieren, auch wenn die in Vollwaschmitteln enthaltenen Bleichmittel bereits bei dieser Temperatur die Keimzahl vermindern. Wenn eine Waschmaschine Åber lngere Zeitrume Åberhaupt nicht oder nur fÅr Waschzyklen mit einer Temperatur von 20 hC oder 30 hC benutzt wird, kann sich ein Biofilm auf der Innenseite der Waschmaschine bilden. Als Biofilm bezeichnet man die Besiedlung fester Oberflchen durch Mikroorganismen, verbunden mit einer Schleimbildung und hufig erhÇhter Widerstandsfhigkeit. Damit besteht die Gefahr, dass sich Mikroorganismen, die in Biofilmen Åberleben, weiter ausbreiten.

x Chemische EinflÅsse: Die weitaus wirksamsten antimikrobiellen Substanzen im Waschmittel sind die Bleichmittel, besonders in der heute Åblichen Kombination mit Bleichaktivatoren. Damit lsst sich unter normalen Bedingungen ab 40 hC eine zufriedensteIlende hygienische Reinheit erreichen. FrÅher war dafÅr ein Kochwaschgang notwendig. Zu beachten ist, dass nur feste Vollwaschmittel (Pulver und Tabs) Bleichmittel enthalten. Besonders wirksam gegen Keime ist die in Nord- und SÅdamerika sowie einigen Lndern SÅdeuropas Åbliche Bleiche mit Natriumhypochlorit. Auch Persuren sind schon bei 30 hC voll wirksam. Hier ist besonders die Phthalimidoperoxyhexansure (PAP) zu erwhnen (vgl. auch Kap. 5.4 „Bleichsysteme“).

x Keimverminderung durch Nachbehandlung der Wsche: Im Anschluss an das Waschen wird die Wsche in der Regel noch weiter behandelt. Ein hufiges Nach-behandlungsverfahren, das im Allgemeinen noch in der Waschmaschine stattfindet, ist die Benutzung eines WeichspÅlmittels. Es ist davon auszugehen, dass eine nennenswerte Keimverminderung durch das WeichspÅlen nicht stattfindet, da die Konzentrationen der kationischen Tenside und u. U. vorhandener Konservierungsmittel unter Anwendungsbedingungen dafÅr zu gering sind.

Insgesamt gibt es bisher wenige Untersuchungen zu dieser Fragestellung.

Beim Trocknen im Wschetrockner findet aufgrund der erhÇhten Temperatur eine deutliche Keimverminderung statt. Die Temperatur des Trocknungsvorganges liegt im Allgemeinen zwischen 50 hC und 80 hC. Beim Trocknen an der Luft wirkt eine direkte Sonneneinstrahlung keimreduzierend. Ansonsten ist nicht generell mit einer Verminderung der Keime zu rechnen. Im Gegenteil

8.5 Verbraucherschutz, Hygiene und Gesundheit

217

– wird die Wsche zu langsam getrocknet, kann es zum Bakterienwachstum whrend des Trocknungsvorganges kommen. Das BÅgeln ist eine sehr wirksame Form der Keimreduzierung. Durch die hohe Oberflchentemperatur
des BÅgeleisens (je nach Einstellung zwischen 70 hC und 210 hC) werden die meisten Mikroorganismen abgetÇtet. Neben der Temperatur des BÅgeleisens spielen Einwirkungszeit und vorhandene Feuchtigkeit eine wichtige Rolle.

Durch das heute Åbliche Waschen bei mÇglichst tiefen Temperaturen (20 hC bis 40 hC) sind die richtigen Hygienemaßnahmen bei der Wschepflege wichtiger als frÅher geworden. Zudem sind viele der Åber Jahrzehnte erprobten Haushalts-und Hygieneregeln in Vergessenheit geraten und werden nicht mehr an nachfolgende Generationen weitergegeben. Unter Beachtung einfacher Regeln lsst sich auch bei tieferen Waschtemperaturen (20 hC bis 40 hC) eine ausreichende Wschehygiene sicherstellen [23, 49, 50]:

x Benutzte Textilien und insbesondere feuchte Schmutzwsche (z. B. Sportkleidung) stets schnell und grÅndlich trocknen lassen und mÇglichst rasch waschen.

x Bei der Reinigung das Behltnis fÅr die Schmutzwsche nicht vergessen! Textile Wschescke werden in der Waschmaschine mitgewaschen.

x Es sollte darauf geachtet werden, dass die Waschmaschine nach dem Waschen sofort entleert wird, das Wasser vollstndig abgepumpt ist, und zwischen den Waschgngen die TÅr der Waschmaschine geÇffnet bleibt. Auch die EinspÅlkammer trocken wischen und geÇffnet stehen lassen.

x Zur Vorbeugung und Beseitigung von Biofilmen sollte in regelmßigen Ab-stnden, im normalen Haushalt ca. jede fÅnfte Wsche bzw. sptestens alle zwei Wochen, im 60 hC-Waschgang mit einem Vollwaschmittel gewaschen werden.

x Leben Personen mit einer ansteckenden Erkrankung, vor allem Haut- oder Darminfektionen (z. B. Salmonellen-Dauerauscheider), einem geschwchten Immunsystem oder Hausstaub-Allergiker im Haushalt, sollte deren Unterw-
sche, Bettwsche und HandtÅcher regelmßig bei mindestens 60 hC mit
einem bleichmittelhaltigen Vollwaschmittel gewaschen werden; auf rztlichen Rat ggf. auch bei noch hÇherer Temperatur.

x Teilen sich mehrere Haushalte eine Waschmaschine oder werden Gemein-schaftseinrichtungen wie Çffentliche Waschsalons benutzt, sollte der erste Waschgang bei hÇheren Temperaturen (60 hC) mÇglichst mit einem bleichmittelhaltigen Vollwaschmittel erfolgen.

218

8 Waschmittel aus Sicht der Verbraucher

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9.1 Allgemeine Problemstellung

221

9
kologie der Waschmittel

9.1

Allgemeine Problemstellung

Der jhrliche Verbrauch an Wasch- und Reinigungsmitteln betrug in der Bundesrepublik Deutschland im Jahr 2008 ca. 1,4 Millionen Tonnen. Zum Waschen und Trocknen der Wsche werden weiterhin 400 Milliarden Liter Wasser und rund 6

Milliarden Kilowattstunden benÇtigt. BerÅcksichtigt man, dass die Wasch- und Reinigungsmittel im Wesentlichen unverndert ins Abwasser gelangen, so wird beim Betrachten dieser Zahlen sofort klar, dass Waschen und Reinigen ein enormes Potential fÅr Umweltbelastungen darstellt.

Diese Erkenntnis Åber die Umweltrelevanz von Waschmitteln hat schon eine verhltnismßig lange Geschichte. Den Anstoß gaben die Schaumberge Ende der 1950er Jahre, verursacht durch ein biologisch schwer abbaubares, „hartes“

Tensid, dem Tetrapropylenbenzolsulfonat (TPS) (Abb. 9.1). In den 1970er Jahren kamen dann die Waschmittelphosphate in die Schlagzeilen. Durch berdÅngung Abb. 9.1

Schaumberge durch biologisch schwer abbaubare Tenside in Waschmitteln Ende der fÅnfziger Jahre.

Waschmittel. GÅnter Wagner

Copyright c 2010 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

ISBN: 978-3-527-32678-5

222

9 kologie der Waschmittel
gerieten insbesondere stehende Gewsser aus ihrem biologischen Gleichgewicht und verkamen in einzelnen Fllen zu biologisch verÇdeten Kloaken.

Diese Umweltprobleme haben Hersteller, Politiker und Verbraucher sensibili-siert, so dass seit Mitte der 1980er Jahre die Umweltvertrglichkeit der Waschmittel in der breiten ffentlichkeit ein zentrales Anliegen geworden ist. Als Folge davon gibt es seit 1991 keine phosphathaltigen Textil-Waschmittel auf dem deutschen Markt mehr. Selbstverstndlich gab es auch davor schon Anstze, stark umweltbelastende Inhaltsstoffe in Waschmitteln durch weniger schdliche Substanzen zu ersetzen. Seit 1964 sind in Deutschland nur noch biologisch gut abbaubare, „weiche“ anionische, seit 1982 entsprechende nichtionische Tenside erlaubt.

Einige Inhaltsstoffe, beispielsweise das nichtionische Tensid APEO (Alkylphenolethoxylat), wurden auf Initiative der Waschmittel- und Tensidhersteller in Deutschland durch vertrglichere Substanzen ersetzt.

Trotz aller BemÅhungen um eine Verbesserung der Umweltvertrglichkeit von Waschmitteln sind auch in Deutschland unliebsame berraschungen bei Waschmittelinhaltsstoffen nicht immer auszuschließen. Dies zeigt das Beispiel der synthetischen Moschusduftstoffe, die noch vor wenigen Jahren in vielen Wasch- und KÇrperpflegemitteln als ParfÅmkomponenten enthalten waren. Bedingt durch neuere wissenschaftliche Erkenntnisse gerieten einige dieser synthetischen Duftstoffe (Nitromoschusverbindungen und polycyclische Moschusduftstoffe) seit Anfang der neunziger Jahre in die Schlagzeilen wegen ihrer unzureichenden biologischen Abbaubarkeit und ihrer Anreicherung in der Nahrungskette. Aus GrÅnden der Gesundheitsvorsorge wurden diese Substanzen daraufhin von den meisten Waschmittelherstellern seit Ende der 1990er Jahre durch andere Duftstoffe ersetzt.

Breite Akzeptanz finden nach aller Erfahrung nur die Wasch- und Reinigungsmittel, die ein ausgewogenes Verhltnis von Preis, Leistung, Çkologischer und sozialer Vertrglichkeit bieten kÇnnen. Nicht vergessen werden sollte, dass Waschen den Gebrauchswert der Wsche erhlt und einer der ltesten funktionierenden Recyclingprozesse in der Kulturgeschichte der Menschheit ist. Wschepflege hilft, den Rohstoff-, Chemikalien- und Energieeinsatz zur Produktion von Textilien gering zu halten. Jhrlich werden in Deutschland 20 Millionen Tonnen W-
sche gewaschen, durchschnittlich 500 kg in jedem Haushalt. Neben den Herstellern, deren Aufgabe es sein sollte, Çkologisch vertrgliche Waschmittel zu entwickeln und anzubieten, sind die Verbraucher gefordert, durch ihr Kaufverhalten und ihre Waschgewohnheiten zur Schonung der Umwelt beizutragen. Was
aber heißt „Çkologisch vertrglich“?

Die bisherigen Betrachtungen stellten die Waschmittelinhaltsstoffe in den Mittelpunkt der berlegungen. Neuere Anstze berÅcksichtigen bei der Çkologischen Bewertung von Waschmitteln die Gesamtsicht von der Herstellung Åber den Waschprozess selbst bis hin zur Entsorgung. Einbezogen werden dabei die Bereitstellung von Rohstoffen, Herstellung des Waschmittels, Anwendung, Verbrauch, entstehende Abflle und Verhalten in der Umwelt unter stofflichen und energe-tischen Gesichtspunkten. Erst wenn alle Aspekte im Zusammenhang betrachtet werden, ist eine abschließende Bewertung der Umweltbelastung durch Wasch-

9.1 Allgemeine Problemstellung

223
mittel und Waschen mÇglich. Ziel einer solchen umfassenden Betrachtung, kobilanz genannt, sollte es sein, allgemein anerkannte Kriterien zu finden, nach denen Waschmittel Çkologisch bewertet, eingestuft und optimiert werden kÇnnen.

Schon seit mehreren Jahren arbeiten Industrie, Umweltbundesamt, Fachinstitute wie das ko-Institut in Freiburg, Umweltschutz- und Verbraucherverbnde gemeinsam an der Entwicklung von kobilanzen fÅr Wasch- und Reinigungsmittel. Obwohl die Interessenlagen dabei oft sehr unterschiedlich sind, ist es gelungen, durch diese umfangreichen Erfahrungen bei der Entwicklung von kobilanzen eine fÅhrende Rolle bei diesem aktuellen Forschungsthema einzunehmen und sich gegenseitig konstruktive Impulse fÅr die weitere Entwicklung, sowohl hinsichtlich der Methodik als auch in Richtung einer gemeinsamen Konsensfin-dung, zu geben (weiterfÅhrende Informationen dazu s. Kapitel 10).

Die Auswertung der kobilanzen zeigt, dass den Fragen nach der Rohstoffaus-wahl, des Energieverbrauchs, der Optimierung der Herstellungsverfahren und den Waschgewohnheiten eine große Bedeutung zukommt. Die Belastung der Oberflchengewsser und des Klrschlamms mit Waschmittelbestandteilen, die im folgenden Kapitel 9 nher betrachtet wird, kann heute nicht mehr als alleiniger Maßstab fÅr Umweltvertrglichkeit dienen.

Seit Ende der achtziger Jahre, sptestens seit dem Umweltgipfel in Rio de Janeiro 1992 mit der Nachfolgekonferenz 2002 in Johannesburg entwickelt sich international allmhlich ein neues Bewusstsein, das zusammengefasst als Konzept einer nachhaltigen Entwicklung (Sustainable Development) bezeichnet wird. Das Konzept der Nachhaltigkeit beinhaltet Strategien zur weltweiten politischen, wirtschaftlichen, gesellschaftlichen und Çkologischen Entwicklung mit dem Ziel, die heutigen BedÅrfnisse der Menschen zu erfÅllen, ohne die BedÅrfnisse kÅnftiger Generationen zu gefhrden. Dieser Ansatz geht weit Åber ein rein Çkologisch orientiertes Konzept hinaus und berÅcksichtigt gleichwertig auch soziale und Çkonomische Belange. In Deutschland hat sich als Folge der Nachhaltigkeitsdiskussion auf Initiative des Industrieverbandes KÇrperpflege- und Waschmittel (IKW) im Jahr 2001 das „FORUM WASCHEN“ gebildet, in dem wichtige Aktivitten zur nachhaltigen Entwicklung der Waschmittel und des Waschens insgesamt gebÅndelt und konkretisiert werden (weiterfÅhrende Informationen dazu s. Kapitel 11).

Trotz aller Fortschritte zur Verringerung der Umweltbelastung durch das Waschen gilt aber auch weiterhin uneingeschrnkt: Waschen kann nie „umwelt-freundlich“ sein, sondern immer nur mehr oder weniger umweltvertrglich.

Jeder, der wscht, Åbernimmt somit Verantwortung und kann durch die richtigen Waschgewohnheiten einen Beitrag zum Erhalt unserer natÅrlichen Umwelt leisten.

224

9 kologie der Waschmittel

Substanzgruppe

insgesamt
davon für

Waschmitteln bzw.

Weichspülmitteln
anionische Tenside

113.600

84.400
nichtionische Tenside

46.500

34.000
kationische Tenside

30.500

29.700
amphotere Tenside

8.300 200

Zeolithe

71.000

69.600

Natriumperborat-Tetrahydrat

100 100

Natriumpercarbonat

41.800

32.100

Phosphate

31.800

-

Polycarboxylate

14.900

11.500

Natriumsulfat

83.400

79.700

Natriumcarbonat (Soda)

103.100

79.700

Natriumcitrat

16.100

12.700

Silikate

7.900 5.000

Phosphonate

3.900 3.500

TAED

8.500 6.400

Verfärbungsinhibitoren

500 500

Carboxymethylcellulose

3.600 3.400

Enzyme

4.200 3.000

Duftstoffe

8.300 4.800

Optische Aufheller

400 400

Alkoholische Lösungsmittel

27.100

11.500

Soil release Polymere

1.200 1.200

Quelle: Industrieverband Körperpflege- und Waschmittel e. V. IKW

Abb. 9.2

Einsatzmengen wichtiger Inhaltsstoffe von Wasch- und Reinigungsmitteln in Deutschland 2008 (in Tonnen).

9.2 Abwasserbelastung durch Waschmittel

225

9.2

Abwasserbelastung durch Waschmittel

RÅckstnde aus Wasch- und Reinigungsmitteln stellen einen erheblichen Teil der durch die Haushalte verursachten Abwasserbelastung dar. Die Dimensionen werden deutlich, wenn man die bundesweit ins Abwasser gelangenden Mengen der Inhaltsstoffe von Wasch- und Reinigungsmitteln betrachtet (Abb. 9.2). Im Durchschnitt entfallen etwa 10 % der organischen Schmutzlast (bezogen auf den BSB5) und der im Abwasser enthaltenen Feststoffe auf Bestandteile von Wasch- und Reinigungsmitteln [1].

Die Abwasserbelastung durch Wasch- und Reinigungsmittel ist betrchtlich, sagt aber wenig Åber die tatschliche Umweltbelastung aus. HierfÅr ist entscheidend, welcher Anteil der Inhaltsstoffe der Wasch- und Reinigungsmittel auch tatschlich in die Umwelt gelangt. Dieser Anteil ist einmal abhngig vom Stand der Abwasserreinigung, also von Anzahl und Reinigungsqualitt kommunaler Klranlagen, selbstverstndlich aber auch von der Eliminierbarkeit der Inhaltsstoffe unter diesen Bedingungen. Je effektiver und flchendeckender Abwasserreinigungsanlagen arbeiten, desto geringer wird die Umweltbelastung durch Wasch-und Reinigungsmittel sein.

Die Abwasserreinigung hat in Deutschland in den letzten Jahrzehnten enorme Fortschritte gemacht (Abb. 9.3).

Noch um 1900 wurde ein großer Teil der Abwsser direkt in die Oberflchengewsser geleitet. Mit einem zunehmenden Hygienebewusstsein und dem steigenden Bedarf an Trinkwasser entwickelten sich dezentrale Abwasserreinigungsanlagen, die anfangs noch recht einfach als Absetzbecken oder Sickergrube gestaltet waren. Heute sind zumindest die grÇßeren zentralen Abwasserreinigungsanlagen hochtechnisierte Anlagen mit optimierter Betriebstechnik und einem enormen LeistungsvermÇgen geworden. Abbildung 9.4 zeigt den Aufbau einer modernen Klranlage im berblick.

Abb. 9.3

Historische Entwicklung der Klranlagensituation in Deutschland (1930–2005).

226

9 kologie der Waschmittel

Abb. 9.4

Aufbau einer kommunalen Klranlage.

9.2 Abwasserbelastung durch Waschmittel

227

In der Bundesrepublik Deutschland wurden im Jahr 2005 97 % des huslichen Abwassers in Abwasserreinigungsanlagen mit mechanisch-biologischer Reinigungsstufe behandelt. Davon erfolgt bei Åber 90 % der Abwassermenge eine zu-stzliche Phosphat-Elimination. In Europa sind sowohl der Anschlussgrad an kommunale Klranlagen als auch der Stand der Abwasserreinigung in den einzelnen Lndern unterschiedlich entwickelt. Insbesondere in vielen osteuropischen Staaten hat die Abwasserreinigung noch nicht das mitteleuropische Niveau erreicht [2].

Wie kann die Belastung des Wassers durch Inhaltsstoffe von Wasch- und Reinigungsmitteln gemessen werden? Zur kontinuierlichen berwachung des Abwassers ist es in der Praxis nicht mÇglich und auch nicht erforderlich, alle Inhaltsstoffe des Abwassers einzeln zu messen. Es werden wenige, analytisch repro-duzierbare Untersuchungsmethoden angewandt, die eine mÇglichst große Aussagekraft Åber den Belastungsgrad des Wassers erlauben. Im Zusammenhang mit RÅckstnden aus Wasch- und Reinigungsmitteln in Gewssern und Abwssern sind folgende Untersuchungsmethoden von besonderer Bedeutung:

x Biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB5),
x GelÇster organischer Kohlenstoff (DOC),
x Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB),
x Summe der Aniontenside (als methylenblauaktive Substanz MBAS),
x Summe der nichtionischen Tenside (als bismutaktive Substanz BiAS),
x Bor- und die Phosphor-Konzentration,
x Stoff-spezifische Analysenverfahren in besonderen Fllen (z. B. LAS).

Der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) erfasst annhernd alle organischen Substanzen, der biochemische Sauerstoffbedarf (BSB5) ist ein Maß fÅr die Summe aller leicht abbaubaren organischen Verbindungen. BSB5- und CSB-Wert sind wichtige Parameter zur Ermittlung der kommunalen Abwasserbelastung, der Ab-wasserabgaben und des LeistungsvermÇgens von Klranlagen.

Der Verbleib und Abbauweg von Waschmittelbestandteilen in einer Klranlage ist recht unterschiedlich (Abb. 9.5).

Die Åberwiegende Anzahl der Waschmittelinhaltsstoffe gelangt chemisch unverndert in die Klranlage. Natriumperborat bzw. Natriumpercarbonat zerfallen schon grÇßtenteils in der Waschmaschine unter Bildung von Borat bzw. Carbonat, aus TAED (Tetraacetylethylendiamin) entsteht das biologisch weiter abbaubare DAED (Diacetylethylendiamin, s. Abb. 5.20). Im Durchschnitt werden in der Klranlage mit funktionierender biologischer Reinigungsstufe mehr als 98 % der Tenside aus dem Abwasser entfernt. Leicht lÇsliche Salze wie Sulfate, Borate und Carbonate passieren dagegen praktisch unverndert die Klranlage.

Phosphate werden in effektiv arbeitenden Anlagen mit Phosphatfllungsstufe bzw. biologischer P-Elimination zu 90 % zurÅckgehalten, in konventionellen mechanisch-biologischen Klranlagen bis zu etwa 40 % [3]. Die in Klranlagen mit biologischer Reinigungsstufe zurÅckgehaltenen Phosphorverbindungen werden zum grÇßten Teil in die Biomasse der Belebtschlammbakterien eingebaut und verbleiben dadurch im Klrschlamm. Phosphor im huslichen Abwasser stammt

228

9 kologie der Waschmittel

Abb. 9.5

Verbleib von Waschmittelinhaltsstoffen und Phosphaten in einer Çffentlichen Klranlage mit biologischer Reinigungsstufe.

heute in Deutschland nicht mehr aus Waschmitteln, sondern Åberwiegend aus dem menschlichen Stoffwechsel, zu einem geringen Teil (I 10 %) auch aus maschinellen GeschirrspÅlmitteln (s. Abb. 9.2).

Tenside werden zwar Åberwiegend durch biologischen Abbau eliminiert, zum Teil werden sie aber aufgrund ihrer Grenzflchenaktivitt chemisch unverndert bereits an Sedimentstoffen in der Vorklrung adsorbiert. Bei der Schlamm-behandlung in den FaultÅrmen kÇnnen bestimmte Tenside unter den dort
herrschenden sauerstoffarmen (anaeroben) Bedingungen nicht weiter abgebaut werden und verbleiben unverndert im Klrschlamm. Eine hnliche Situation ergibt sich fÅr die optischen Aufheller und die Polycarboxylate. Zeolith A, die mengenmßig wichtigste anorganische Verbindung in Pulver-Waschmitteln wird wegen ihrer WasserunlÇslichkeit schon in der mechanischen Stufe (Vorklr-becken) der Klranlage in großem Umfang eliminiert. Der Gesamteliminationsgrad einer mechanisch-biologischen Klranlage fÅr Zeolith A liegt bei Åber 90 %.

9.2 Abwasserbelastung durch Waschmittel

229

Information – Elimination und biologischer Abbau

Der Begriff biologischer Abbau (vgl. Kap. 9.4) ist klar zu trennen vom Begriff Elimination. „Elimination“ ist ein wesentlich umfassenderer Begriff und schließt neben dem biologischen Abbau alle physikalischen und chemischen Vorgnge ein, die zur Beseitigung einer Substanz aus dem Abwasser oder generell einem Umweltkompartiment (Wasser, Boden, Luft) beitragen. Dazu gehÇren z. B.

Filtrationsverfahren, das Absetzen unlÇslicher Substanzen, Adsorption an Fest-stoffen und Oberflchen, Bindung an Feststoffe durch Ionenaustausch oder Komplexierung, chemische Abbaureaktionen (z. B. durch Oxidations- oder Reduktionsmittel), Zersetzung unter dem Einfluss von Sonnenlicht (Fotolyse-reaktionen).

Nur organische, kohlenstoffhaltige Verbindungen sind einem biologischen Abbau zugnglich. Anorganische Substanzen, z. B. Phosphate oder Schwermetalle, werden durch physikalisch-chemische Eliminationsprozesse aus dem Abwasser entfernt.

Wertet man die hier durchgefÅhrten Betrachtungen zur Gewsserbelastung durch Wasch- und Reinigungsmittel kritisch aus, so kommt man zu folgenden SchlÅssen Åber die Umweltbelastung durch Waschmittel:

x Der Grad der Umweltbelastung durch Waschmittel ist einerseits durch die Art der Inhaltsstoffe, andererseits durch den Stand der Abwasserreinigung festgelegt.

x Die Umweltbelastung ist auch von der Verwendung des Klrschlammes abhngig. Wird damit gedÅngt, kÇnnen nicht abgebaute Waschmittelbestandteile auf landwirtschaftlich genutzte Felder und damit auch auf diesem Weg in die Umwelt gelangen.

x Den Tensiden kommt eine besondere Bedeutung zu. Tenside werden Åberwiegend, aber nicht vollstndig in den Klranlagen zurÅckgehalten, da diese prinzipiell hierzu nicht ausgelegt sind. Tenside wirken giftig auf Gewsserorganismen und kÇnnen in zu hoher Konzentration das pflanzliche und tierische Leben im Wasser negativ beeinflussen. Die Konzentration von Tensiden in Oberflchengewssern wird dabei entscheidend durch die biologische Abbaubarkeit der Tenside bestimmt.

x Waschmittel tragen heute praktisch nicht mehr zur Belastung der Gewsser mit Phosphaten bei. Der Eintrag von Phosphorverbindungen in die Umwelt ist in Deutschland durch AusrÅstung der meisten Klranlagen mit einer zu-stzlichen Phosphat-Eliminationsstufe stark reduziert worden.

x Der Eintrag schwer abbaubarer organischer Stoffe, dazu gehÇren z. B. die in Waschmitteln eingesetzten Polycarboxylate und Phosphonate, in die Umwelt ist immer potentiell mit Risiken behaftet und muss im Vorfeld des technischen Einsatzes in einer Umweltrisikobewertung sorgfltig beurteilt werden.

230

9 kologie der Waschmittel

9.3

Vorkommen von Tensiden in der Umwelt

Obwohl die in Waschmitteln eingesetzten Tenside heute leicht biologisch abbaubar sind, gelangen Åber das Abwasser und die nachgeschalteten Klranlagen geringe Mengen von noch nicht abgebauten Tensiden in die Oberflchengewsser.

An Klrschlamm adsorbierte Tenside kÇnnen weiterhin auf landwirtschaftlich genutzte Felder getragen werden, wenn mit Klrschlamm gedÅngt wird. Sowohl im Oberflchenwasser als auch im Erdboden findet dann ein weiterer biologischer Abbau statt. Da jedoch ein stndiger Neueintrag erfolgt, sind Tenside in geringen Konzentrationen in der Umwelt immer nachweisbar, sowohl in Oberflchengewssern als auch in landwirtschaftlich genutzten BÇden. Der Eintrag von Tensiden in die Umwelt ist in Abb. 9.6 im berblick dargestellt.

Abb. 9.6

Der Weg von Tensiden aus Wasch- und Reinigungsmitteln in die Umwelt.

9.3.1

Tenside in Oberflchengewssern

Smtliche Untersuchungsmethoden zur Analyse von geringen Tensidkonzentrationen in Gewssern sind relativ aufwendig. Zu den noch eher einfachen Methoden zhlt die gruppenspezifische Messung der anionischen Tenside als methylenblauaktive Substanz (MBAS) und die der nichtionischen Tenside als bismutaktive Substanz (BiAS). Beide Bestimmungsverfahren haben den Nachteil, dass auch andere Stoffarten, zum Teil natÅrlichen Ursprungs wie die Huminsuren, die Analysen beeinflussen kÇnnen.

Stoffspezifische Untersuchungsmethoden, die genauere Aussagen ermÇglichen, sind erst in jÅngerer Zeit entwickelt worden. Sie beruhen meist auf der Methodik der HochleistungsflÅssigchromatographie (HPLC-Analytik).

9.3 Vorkommen von Tensiden in der Umwelt

231

In grÇßeren Mengen werden synthetische Tenside als Ersatz der frÅher verwendeten Seife seit Mitte der 1950er Jahre in Wasch- und Reinigungsmitteln verwendet. kologisch problematisch wurde die Situation, als damals mit Tetrapropylenbenzolsulfonat (TPS, s. Kap. 2.2.2) zum ersten Mal ein solches Tensid in Waschmitteln eingesetzt wurde. Als Folge seiner schlechten biologischen Abbaubarkeit ließ es sich in steigenden Konzentrationen im Oberflchenwasser nachweisen.

Sichtbares Zeichen waren riesige Schaumkronen auf einigen großen Fließgewssern und manchmal meterhohe Schaumberge an WasserabstÅrzen, wie z. B.

Wehren. Die Stabilitt des Schaumes war außerordentlich groß, mÇglicherweise durch die Verbindung von Tetrapropylenbenzolsulfonat mit anderen Gewsser-verunreinigungen, z. B. Eiweißverbindungen. Der Schaum konnte dadurch, be-gÅnstigt durch den Wind, Åber grÇßere Entfernungen verweht werden, und so waren auch auf Wiesen und Feldern manchmal meterhohe Schaumberge zu beobachten.

Die Existenz der Schaumberge war nur der vergleichsweise harmlose, sichtbare Teil einer großflchigen zunehmenden Gewsserverschmutzung. Als man dies erkannte, wurde TPS in der Bundesrepublik Deutschland im Zeitraum 1961
bis 1964 stufenweise durch das biologisch gut abbaubare lineare Alkylbenzolsulfonat (LAS) ersetzt. Die Konzentration von anionischen Tensiden in bundesdeut-schen Gewssern ging daraufhin Mitte der 1960er Jahre rapide zurÅck. ber die Folgejahrzehnte war durch den Ausbau kommunaler Klranlagen und trotz Zunahme des Waschmittelverbrauchs ein weiterer kontinuierlicher RÅckgang der Konzentration anionischer Tenside zu verzeichnen.

Durch vernderte Waschmittelrezepturen nahm gegen Ende der 1970er Jahre der Einsatz von biologisch gut abbaubaren nichtionischen Tensiden deutlich zu. Damit war auch deren zunehmende Nachweisbarkeit in Oberflchengewssern verbunden.

Beispielhaft werden in Abb. 9.7 und 9.8 die zeitlichen Vernderungen in der Konzentration der anionischen Tenside in der Ruhr sowie der Tensidfrachten im Rhein dargestellt.

Deutlich erkennbar ist der starke Anstieg der Tensidkonzentrationen Anfang der sechziger Jahre durch den Einsatz des Tensids TPS, der nachfolgende signifikante RÅckgang und die weitere kontinuierliche Abnahme. Seit Anfang der neunziger Jahre bleibt die Konzentration auf einem sehr niedrigen Niveau in etwa konstant – die Folge des Einsatzes von Tensiden mit gÅnstigen Abbaueigen-schaften und des weiteren Ausbaus leistungsfhiger Klranlagen. Die Abb. 9.7
und 9.8 verdeutlichen aber auch, dass trotz der guten biologischen Abbaubarkeit und moderner Klranlagen immer Tenside in Oberflchengewssern nachweisbar sind. Die wichtige Frage, inwieweit solche niedrigen Konzentrationen Çkotoxikologisch von Bedeutung sind, also Organismen in irgendeiner Weise sch-
digen kÇnnten, wird im Kap. 9.5 diskutiert.

Verallgemeinert man die publizierten Untersuchungsergebnisse zu gut untersuchten Gewssern wie Rhein, Ruhr, Main, Mosel, Neckar u. a., so ergibt sich folgendes Bild:

232

9 kologie der Waschmittel

Abb. 9.7

Mittlere Konzentration anionischer Tenside in der Ruhr 1960 bis 2007 (Jahresmit-telwerte).

Aniontenside
x Die nach der MBAS-Methode ermittelten Tensidkonzentrationen sind immer als Maximalwerte anzusehen. Praktisch alle publizierten Daten Åber Aniontenside vor dem Jahr 1988, auch die in Abb. 9.7 und 9.8 dargestellten Werte, wurden nach diesem Verfahren bestimmt. Die effektive Konzentration der Aniontenside im Flusswasser betrgt heute etwa 30 % der nach der MBAS-Methode bestimmten Werte. Je kleiner die gemessene Tensidkonzentration nach der MBAS-Methode, desto hÇher wird der Beitrag durch stÇrende Begleitsubstan-zen, z. B. Huminsuren. Das Detektionslimit (LOD) der MBAS-Methode liegt bei 10 mg/L [4].

x Allgemein bewegt sich in den deutschen Gewssern die Konzentration der anionischen Tenside seit geraumer Zeit auf einem sehr niedrigen Niveau.

Die mittlere Konzentration (Median) von LAS im Rhein lag im Zeitraum

2005–2007 bei 0,006 mg/L [5]. In der Umgebung grÇßerer Einleiter, z. B. Klranlagen, kÇnnen auch Konzentrationen oberhalb 0,1 mg/L [5] gemessen werden. HÇhere Tensidkonzentrationen findet man auch gelegentlich in kleineren Fließgewssern, z. B. Bchen. Die Ursache dafÅr dÅrften eventuell unzulssige Direkteinleitungen von Abwssern oder Ablufe aus Klranlagen mit nicht optimaler Abwasserbehandlung sein. Bei kleinen Vorflutern ist zudem nur ein geringes VerdÅnnungsverhltnis der Klranlagenablufe gegeben.

x Die Tensidkonzentrationen in Gewssern sind gewissen Schwankungen unterworfen, die unter anderem mit dem Wechsel von Temperatur und Wasserstand verbunden sind. Im FrÅhjahr und Herbst sind durch erhÇhte Niederschlge hÇ-
here Wasserstnde und damit auch grÇßere VerdÅnnungsfaktoren zu erwarten,

9.3 Vorkommen von Tensiden in der Umwelt

233

Abb. 9.8

Mittlere Tensidfrachten in g/sec im Rhein bei DÅsseldorf (1958–2008).

im Sommer laufen Abbaureaktionen aufgrund der hÇheren Wassertemperatur schneller ab. Weiterhin sind in der nheren Umgebung grÇßerer Einleitungen, z. B. von Klranlagenablufen, hÇhere Tensidkonzentrationen zu erwarten.

Auch innerhalb eines Tages- und Wochenverlaufs kommt es, je nach den

Wasch- und Reinigungsgewohnheiten der Anwohner, zu Schwankungen in
der Tensidfracht, die in modernen Klranlagen aber praktisch keine Auswirkung auf die Konzentrationen im Ablauf haben.

234

9 kologie der Waschmittel
x Ein gewisser Anteil der im Vorfluter vorhandenen Tenside wird auch an Schwebstoffe gebunden und kann dann am Gewssergrund sedimentieren.

Dort werden sie entsprechend ihren aeroben bzw. anaeroben Abbaueigenschaften weiter abgebaut. LAS lsst sich in geringer Konzentration aufgrund seines fehlenden anaeroben Abbaus in anaeroben Sedimenten von Gewssern nachweisen.

Nichtionische Tenside
x Bei der Bestimmung nichtionischer Tenside nach der BiAS-Methode ist der Anteil der StÇrsubstanzen schwer abzuschtzen, aber auch die BiAS-Werte stellen
hnlich wie die MBAS-Werte eher Maximalwerte der n-Tensidkonzentrationen dar.

x Die mittlere Konzentration (Median) der nichtionischen Tenside im Rhein lag im Zeitraum 2005–2007 bei 0,01 mg/L (gemessen als BiAS) [5]. Whrend die Konzentration in kleineren Fließgewssern punktuell auch deutlich darÅber liegen kann, liegen die Niotensidkonzentrationen nicht selten unterhalb der Nachweisgrenze von 0,001 mg/L.

x Mit chromatographischen Verfahren lassen sich die Fettalkoholethoxylate (FAEO) in Gewssern nachweisen. Auch Alkylphenolethoxylate (APEO) und das Abbauprodukt Alkylphenol wurden 1995 noch in deutschen Gewssern gefunden. Aufgrund einer Selbstverpflichtung der deutschen Waschmittel- und Tensidhersteller sind APEO seit 1986 nicht mehr im Einsatz. Seit 2003 dÅrfen sie EU-weit nicht mehr in Waschmitteln eingesetzt werden. Ursache fÅr die Alkylphenol-Funde in spteren Jahren dÅrften vorwiegend andere Anwendungen von APEO bzw. Alkylphenol gewesen sein.

Kationtenside
x Die Konzentration der kationischen Tenside in Abwssern und Gewssern lsst sich nur schwer angeben, da sie stark an Oberflchen adsorbiert werden und daher Åberwiegend an Schwebstoffe gebunden auftreten. Die Belastung der Schwebstoffe mit dem nur langsam abbaubaren Kationtensid Distearyldimethylammoniumchlorid (DSDMAC) war 1989 mit bis zu 300 mg/kg erheblich.

Die in Wasser gelÇsten Kationtensidkonzentrationen lagen im Bereich von 0,01 mg/L. DSDMAC ist seit 1991 durch biologisch leicht abbaubare Kationtenside (Esterquats) ersetzt worden, die aufgrund ihrer leichten Hydrolysierbarkeit in Gewssern und Sedimenten nicht gefunden werden.

Amphotenside
x Zu den Konzentrationen amphoterer Tenside im Abwasser und in Gewssern gibt es keine konkreten Messdaten. Aufgrund der insgesamt geringen Einsatzmengen und der guten biologischen Abbaubarkeit wurde die Entwicklung spezifischer und hinreichend empfindlicher Analysenmethoden fÅr diese chemisch heterogenen Tenside bisher nicht als prioritr angesehen.

9.4 Biologische Abbaubarkeit von Tensiden

235

9.3.2

Tenside im Klrschlamm und Boden

Bei analytischen Untersuchungen kÇnnen sowohl im ausgefaulten Klrschlamm als auch teilweise in landwirtschaftlich genutzten BÇden Tenside nachgewiesen werden. Auch in Sedimenten von FlÅssen werden Tensidspuren gefunden. Die Ursache fÅr die erstaunlich hohe Konzentrationen von LAS im Faulschlamm (I 1000–30.000 mg/kg Trockengewicht) ist die fehlende biologische Abbaubarkeit dieses Tensids bei Abwesenheit von Sauerstoff (anaerobe Bedingungen).

Etwa 10–30 % des im Abwasser befindlichen LAS werden in der mechanischen Klranlagenstufe am Klrschlamm adsorbiert und so einem Abbau in der aeroben biologischen Reinigungsstufe entzogen. Unter den sauerstoffarmen Bedingungen im Faulturm wird LAS dann biologisch nicht weiter abgebaut.

Da Klrschlamm zum Teil – in Deutschland mit deutlich abnehmender Tendenz – als DÅnger auf landwirtschaftlich genutzte BÇden aufgebracht wird, ist LAS auch im Boden nachweisbar, allerdings durch den VerdÅnnungseffekt und die aerobe Abbaubarkeit in nur sehr geringen Konzentrationen (I 1–20 mg/kg Trockengewicht).

Auch Fettalkoholethoxylate (FAEO) werden hnlich wie LAS an Klrschlamm adsorbiert. Im Unterschied zu LAS wird aber der grÇßte Teil (Åber 80 %) whrend der Schlammfaulung anaerob biologisch abgebaut. Die durchschnittliche Belastung des ausgefaulten Schlammes mit FAEO liegt typischerweise unter

500 mg/kg Trockenmasse [6]. Die Konzentrationen von FAEO in mit Klr-
schlamm gedÅngten AckerbÇden sind dementsprechend deutlich geringer als bei LAS.

9.4

Biologische Abbaubarkeit von Tensiden

Die biologische Abbaubarkeit ist ein entscheidendes Kriterium fÅr die Umweltvertrglichkeit von Tensiden. Eine gute biologische Abbaubarkeit ist die notwendige Voraussetzung dafÅr, dass Tenside in Klranlagen nachhaltig eliminiert werden und damit die in die Umwelt gelangenden Mengen dieser Substanzen nur noch sehr gering sind. Dies ist wichtig, da Tenside giftig auf Gewsserorganismen wirken und schon relativ geringe Konzentrationen eine Schdigung hervorrufen kÇnnen. Weiterhin ist die gute biologische Abbaubarkeit eine wichtige Voraussetzung, dass sich Tenside nicht in der Umwelt oder in Nahrungsketten anreichern. Deshalb sollten Waschmittel auch nicht direkt oder indirekt Åber Regen-wassergullys in die Gewsser gelangen.

236

9 kologie der Waschmittel

9.4.1
berblick

Man bezeichnet Tenside als biologisch abbaubar, wenn sie durch Mikroorganismen in natÅrliche Stoffwechselprodukte ÅberfÅhrt werden kÇnnen. Der biologische Abbau stellt fÅr die Mikroorganismen einen normalen Stoffwechselvorgang dar, um Stoffe als Nahrungs- und Energiequelle zu nutzen. Mikroorganismen er-fÅllen damit eine wichtige Funktion in allen kosystemen, denn sie sorgen fÅr den biologischen Abbau natÅrlicher und synthetischer organischer Substanzen, die sich sonst in der Umwelt anreichern und jedes biologische Gleichgewicht unmÇglich machen wÅrden. Entsprechend ihrer Funktion bezeichnet man die Mikroorganismen auch als Destruenten, im Gegensatz zu den Produzenten (Pflanzen), die unter Verwendung von Licht organische Materie aus Kohlenstoffdioxid und Wasser aufbauen und den Konsumenten (Tiere), die Energie durch den Umbau organischer Verbindungen gewinnen (Abb. 9.9).

Die Abbauvorgnge natÅrlicher und synthetischer Substanzen verlaufen grundstzlich nach demselben Muster (Abb. 9.10). Jede biologisch vollstndig abbaubare organische Substanz wird Åber mehrere Schritte zu Kohlenstoffdioxid, Wasser, eventuell anorganischen Salzen abgebaut (Mineralisierung) und zum Teil in kÇrpereigene Substanzen umgewandelt (Assimilation). Die Geschwindigkeit der Abbaureaktionen hngt von der Struktur der abzubauenden Verbindung ab. Je
hnlicher eine synthetische Substanz natÅrlich vorkommenden Stoffen ist, desto leichter wird ihr Abbau verlaufen.

Abb. 9.9

Schema der aquatischen Nahrungskette.

9.4 Biologische Abbaubarkeit von Tensiden

237

Abb. 9.10

Biologischer Abbau von Tensiden im berblick.

Schon seit fast einem halben Jahrhundert mÅssen in der Bundesrepublik Deutschland alle in Wasch- und Reinigungsmitteln eingesetzten anionischen und nichtionischen Tenside biologisch abbaubar sein. Dies wurde Anfang der 1980er Jahre EU-weit gesetzlich geregelt (s. Anhang 3) und war Folge der Erfahrungen mit schwer abbaubaren Tensiden (Tetrapropylenbenzolsulfonat) Ende der fÅnfziger Jahre.

Zum Verstndnis des Begriffs „biologisch abbaubar“ ist im Zusammenhang mit Tensiden zwischen Primrabbau und Total- oder Endabbau zu unterscheiden (s. Abb. 9.10).

In der bis Mitte 2004 gÅltigen Fassung der EU-Detergentienrichtlinie und darauf basierenden nationalen Gesetzgebungen, wie z. B. der deutschen Tensidverordnung, war festgelegt, dass nur solche anionischen und nichtionischen Tenside in Wasch- und Reinigungsmitteln eingesetzt werden dÅrfen, deren Abbaurate unter Standardtestbedingungen mindestens 90 % ist. Gleichzeitig wurden in dieser Richtlinie bzw. den nationalen Verordnungen zwei PrÅfverfahren, der Auswahltest (OECD-Screening-Test) und der Besttigungstest (OECD-Confirmatory-Test) beschrieben, nach denen die biologische Abbaubarkeit einheitlich und reproduzierbar bestimmt werden kann. Die vom Einsatzvolumen deutlich kleineren Tensidgruppen, die kationischen und amphoteren Tenside, unterlagen bis zu diesem Zeitpunkt noch keiner gesetzlichen Regelung.

Die frÅheren gesetzlichen Regelungen zur Abbaubarkeit von Tensiden bezogen sich nur auf den Primrabbau von anionischen und nichtionischen Tensiden. Mit

238

9 kologie der Waschmittel
der Implementierung der EU-Detergentienverordnung (Detergent Regulation, EC 648/2004, nachfolgend ergnzt durch EC 907/2006) im Jahre 2004 wurden die Mindestanforderungen zur Abbaubarkeit von Tensiden auf alle Tensidgruppen, also auch auf kationische und amphotere Tenside, erweitert sowie die Ab-baukriterien neu festgelegt. Anstelle der Primrabbaubarkeitsanforderungen mÅssen Tenside nun die Endabbau-Grenzwerte erreichen, die nach den Richtlinien der OECD eine Klassifizierung als „leicht abbaubar“ erlauben: je nach Testmethode entspricht dies einer Endabbaurate (s. Kap. 9.4.3) von mindestens 60 %
bzw. 70 %. Tenside mit guter Totalabbaubarkeit sind verstndlicherweise auch gut primrabbaubar, whrend der Umkehrschluss nicht in allen Fllen zutrifft. Die frÅher hufig anzutreffende Angabe „Tensid zu 90 % biologisch abbaubar“
sagte demnach nur aus: Nach einer gesetzlich festgelegten Standardmessme-thode wird im Labor innerhalb der festgelegten Testdauer eine 90%ige Abnahme des Tensids gemessen.

Die Kenntnis der biologischen Primrabbaubarkeit erlaubte aber noch keine abschließende Aussage Åber den langfristigen Verbleib von Tensiden und ihrer Ab-bauprodukte in der Umwelt. Hierzu sind die Anwendung von Endabbau-Kriterien und in bestimmten Fllen weitaus detailliertere Untersuchungen notwendig.

Nachfolgend wird versucht, Abbauwege und Abbaumechanismen von Tensiden beispielhaft zu beschreiben.

9.4.2

Der Primrabbau von Tensiden

Schon im huslichen Abwasser, wo Sauerstoff und Mikroorganismen meist in ausreichendem Maße vorhanden sind, werden biologisch leicht abbaubare Tenside zu einem nennenswerten Teil chemisch verndert, bevor sie die Klranlage erreichen.

FÅr wichtige Tensidgruppen (LAS, FAEO, FAES, Seife) durchgefÅhrte Messungen fÅhrten zu der Schlussfolgerung, dass in der Kanalisation bereits eine Reduktion der Tensidkonzentration um bis zu 30 % erfolgt [7]. Obwohl ein gewisser Anteil davon chemisch unverndert an Schlamm und Sedimenten adsorbiert oder als schwerlÇsliches Salz ausgefllt sein wird, kann davon ausgegangen werden, dass ein nennenswerter Prozentsatz der Tenside schon vor Erreichen der Klranlage primr-abgebaut wurde.

Bei den meisten Tensiden fÅhren schon die ersten Abbauschritte zum Verlust der Grenzflchenaktivitt, wobei die wesentlichen Strukturelemente der Verbindungen meist noch erhalten bleiben (Abb. 9.11). Die wichtigsten enzymatisch katalysierten Reaktionen des Primrabbaus sind die Hydrolyse einer Ether- oder Esterfunktion und die Oxidation einer endstndigen Methylgruppe (v-Oxidation).

Da die hohe Gewssertoxizitt der Tenside mit deren Grenzflchenaktivitt im Zusammenhang steht, hat der Primrabbau fÅr die Umweltvertrglichkeit eine große Bedeutung. Entscheidend ist aber, dass die im Zuge des Abbauprozesses gebildeten Zwischenprodukte (Metaboliten) weder schwer abbaubar noch vergleichbar toxisch oder toxischer als das Ausgangsprodukt sind.

9.4 Biologische Abbaubarkeit von Tensiden

239

Abb. 9.11

Primrabbaureaktionen von Tensiden. Der Pfeil bezeichnet die Angriffspunkte enzymatischer Abbaureaktionen. Ox = Oxidationsreaktion, H = Hydrolysereaktion.

9.4.3

Der Totalabbau von Tensiden

Die Çkologische Absicherung von Tensiden umfasst idealerweise auch die Aufkl-
rung der Abbauwege unter realen Umweltbedingungen und eine Charakterisierung/Identifizierung der Abbauzwischenprodukte.

Fragestellungen dieser Art gehÇren zu den aufwendigsten Untersuchungen fÅr Analytiker, denn technische Tenside sind keine reinen Substanzen, sondern von Natur aus Stoffgemische aus homologen bzw. isomeren Einzelsubstanzen. Weiterhin reichern sie sich bevorzugt an Grenzflchen (Wasser/Feststoff, Wasser/

Gasphase) an, was die Untersuchung zustzlich erschwert. Es mÅssen unbe-kannte Zwischenprodukte in zum Teil sehr geringer Konzentration nebeneinander analysiert werden. Welche Substanzen bzw. Substanzklassen bei diesen Ab-bauprozessen auftreten kÇnnen, ist nicht immer von vornherein abzusehen.

Dennoch wurden mit dem Instrumentarium der modernen Analytik erhebliche Fortschritte erzielt:

x Chromatographische Methoden (DÅnnschichtchromatographie DC, Gaschromatographie GC, HochleistungsflÅssigchromatographie HPLC),
x Massenspektrometrische Untersuchungsmethoden (MS),
x Methoden unter Zuhilfenahme der radioaktiven Markierung (z. B. 14C), x Anreicherungsschritte und kombinierte Verfahren (z. B. GC/MS und HPLC/

MS).

Die geeignete Anwendung der genannten Verfahren erlaubt die Aufklrung von Zwischenprodukten und Abbauwegen unter Laborbedingungen. Im Freilandver-

240

9 kologie der Waschmittel
such lassen sich Abbauwege nur unvollstndig aufklren, da z. B. in einem Ge-wsser zu viele Substanzen vorhanden sind, deren Herkunft unklar ist und die eine Untersuchung stÇren kÇnnten. Die Abbildungen 9.12 bis 9.14 zeigen die Abbauwege wichtiger anionischer und nichtionischer Tenside nach heutigem Kenntnisstand.

Bei dem linearen Alkylbenzolsulfonat (LAS) wird im ersten Reaktionsschritt die endstndige Methylgruppe der linearen Alkylkette zur Carbonsure oxidiert Abb. 9.12

Hauptabbauweg von linearen Alkylbenzolsulfonaten (LAS).

Abb. 9.13

Abbauweg von Fettalkoholsulfaten (FAS).

9.4 Biologische Abbaubarkeit von Tensiden

241

Abb. 9.14

Abbauwege und Metaboliten von Fettalkoholethoxylaten (FAEO).

(v-Oxidation). Die Abbaugeschwindigkeit der verschiedenen Isomere im LAS ist dabei sehr unterschiedlich. Je weiter der Benzolring von der Methylgruppe entfernt ist, desto schneller erfolgt der Oxidationsschritt. Der anschließende Abbau der Kohlenstoffkette geschieht mit Hilfe der Enzyme des Fettsureabbaus (ß-Oxidation) (Abb. 9.15). Bis zur Verzweigung der Alkylkette werden C2-Einheiten abgespalten. Die C2-Einheiten werden dabei als Acetylrest an Coenzym A gebunden und in weitergehenden Reaktionsschritten zu Kohlenstoffdioxid und Wasser oxidiert oder zum Aufbau kÇrpereigener Substanzen genutzt. Dieser Reaktionsverlauf fÅhrt zur Bildung von Sulfophenylcarboxylaten, die in geringer Konzentra-Abb. 9.15

Prinzip der b-Oxidation.

242

9 kologie der Waschmittel
tion in Oberflchengewssern nachgewiesen werden kÇnnen, aber eine weit geringere aquatische Toxizitt als LAS aufweisen.

Im nchsten Schritt wird der Benzolring hydroxyliert und in einer anschließenden Reaktion oxidativ gespalten [8]. Die Sulfonat-Gruppe wird nach heutigem Kenntnisstand erst nach der RingÇffnung abgespalten. Dabei entsteht ein relativ einfaches KohlenstoffgerÅst, welches durch verschiedene Oxidationsreaktionen vollstndig zu Kohlenstoffdioxid und Wasser abgebaut wird (Abb. 9.12).

Der Abbauweg von Fettalkoholsulfaten (FAS) (Abb. 9.13) ist wesentlicher einfacher als der von LAS. Im ersten Schritt wird der Schwefelsureester hydrolytisch gespalten. Die entstandenen Fettalkohole werden zu Fettsuren oxidiert, die anschließend durch ß-Oxidation sehr schnell vollstndig abgebaut werden [8].

Der Abbau von Fettalkoholethoxylaten ist komplex, doch heute gut geklrt. Es laufen zwei Reaktionswege parallel ab (Abb. 9.14). Einerseits wird die endstndige Methylgruppe der hydrophoben Alkylkette zur Carbonsure oxidiert, parallel dazu ist aber auch eine Abspaltung der Polyethylenglycolkette unter Bildung von Fettalkoholen beobachtet worden. Die Polyethylenglycole werden anschließend unter Abspaltung von C2-Einheiten oxidativ abgebaut [9]. Smtliche auftretenden Zwischenprodukte sind nach heutigem Kenntnisstand leicht abbaubar.

In der Literatur sind nur wenig spezifische Untersuchungen Åber den biologischen Abbau von Seifen zu finden [8]. Beim Gebrauch, sptestens jedoch im Abwasser, bilden Seifen mit Calcium-Ionen schwerlÇsliche Kalkseifen. Soweit die Seifen in lÇslicher Form vorliegen, auch Kalkseifen sind in geringem Maße wasserlÇslich, werden Seifen als Salze von Fettsuren schnell durch ß-Oxidation abgebaut. Kalkseifen werden aufgrund der verminderten BioverfÅgbarkeit langsamer abgebaut. In Klranlagen gelangen sie daher zum großen Teil in den Klrschlamm und dann in die FaultÅrme, wo sie einem anaeroben Abbau (Methan-bildung) unterliegen; dennoch lassen sie sich noch in signifikanten Konzentrationen im Faulschlamm nachweisen.

Die hier vorgestellten Abbauwege verschiedener prominenter Tenside verlaufen so in erster Linie unter aeroben Bedingungen, also in Gegenwart ausreichender Mengen Sauerstoff. Unter Sauerstoffmangel, also anaeroben Bedingungen, kÇnnen nur solche Abbaumechanismen wirksam werden, die keine oxidativen, von der Gegenwart von molekularem Sauerstoff abhngige Enzymreaktionen ein-schließen (z. B. v-Oxidation). Dies ist der Grund, warum bei LAS unter anaeroben Bedingungen der primre Abbauschritt nicht erfolgen kann.

Das Abbauverhalten unter anaeroben Bedingungen ist bei Tensiden erst relativ spt umfassender untersucht worden. Es hat sich herausgestellt, dass die Unterschiede in der biologischen Abbaubarkeit zwischen den einzelnen in Waschmitteln eingesetzten Tensiden unter Sauerstoffmangel wesentlich grÇßer sind, als unter aeroben Bedingungen. So verndern sich z. B. lineare Alkylbenzolsulfonate unter anaeroben Verhltnissen nicht, whrend Fettalkoholsulfate, Fettalkoholethoxylate und Seifen auch in diesem Fall biologisch leicht abbaubar sind.

9.4 Biologische Abbaubarkeit von Tensiden

243

9.4.4

Vergleich der biologischen Abbaubarkeit wichtiger Tenside

Abbildung 9.16 stellt Messergebnisse zur biologischen Primr- und Endabbaubarkeit wichtiger Waschmitteltenside gegenÅber, die nach den im Anhang beschriebenen Testverfahren ermittelt wurden. Es sind gemittelte Werte angegeben, da smtliche Messergebnisse zwangslufig einer gewissen biologischen Streuung unterliegen.

Alle heute in Wasch- und Reinigungsmitteln eingesetzten Tenside zeigen in den Standard-Testverfahren eine sehr gute biologische Primrabbaubarkeit von mehr als 95 % [1]. Zum Vergleich wird das Abbauverhalten von einem biologisch schwer abbaubaren Tensid, dem Tetrapropylenbenzolsulfonat (TPS) gezeigt.

Deutlichere Unterschiede gibt es bei den einzelnen Tensiden im Totalabbau.

LAS zeigt im Vergleich zu anderen Waschmitteltensiden im besonders streng be-wertenden GF-Test (Geschlossener Flaschen-Test) eine etwas geringere Abbaugeschwindigkeit.

Der biologische Abbau kationischer Tenside lsst sich mit den Åblichen Testmethoden nur bedingt prÅfen. Besonders das in der Vergangenheit fÅr WeichspÅler Abb. 9.16

Testdaten zur biologischen Abbaubarkeit technisch wichtiger Tenside.

244

9 kologie der Waschmittel
wichtige Distearyldimethylammoniumchlorid (DSDMAC) ist schwer wasserlÇslich und wird sehr stark an festen Oberflchen adsorbiert. Bei den als Nachfolge-substanzen fÅr DSDMAC eingesetzten Esterquats ist eine gute Abbaubarkeit sowohl unter aeroben wie unter anaeroben Bedingungen sichergestellt.

Zur Abbaubarkeit von Tensiden unter anaeroben Bedingungen gibt es umfangreiche neuere Informationen [6]. Danach lsst sich folgende Klassifizierung vornehmen.

Unter anaeroben Bedingungen gut abbaubar:

Seifen

Fettalkoholsulfate (FAS)

Fettalkoholethersulfate (FAES)

Fettalkoholethoxylate (FAEO)

Alkylpolyglucoside (APG)

Alkylethanolamide

Aminoxide

Alkylethanolamide

Esterquats (EQ)

Alkylamidobetaine

Alkylamphoacetate

Unter anaeroben Bedingungen nur teilweise abbaubar:

Alkylphenolethoxylate

Unter anaeroben Bedingungen schlecht abbaubar:

lineare Alkylbenzolsulfonate (LAS)

sekundre Alkansulfonate (SAS)

Methylestersulfonate

Distearyldimethylammoniumchlorid (DSDMAC).

Kann in standardisierten Testverfahren die gute biologische Abbaubarkeit eines Tensids nachgewiesen werden, so lassen sich daraus auch Schlussfolgerungen auf das Verhalten in der Umwelt ziehen. Umfangreiche Studien zu diesem Thema zeigten, dass bei den wichtigsten Waschmitteltensiden (LAS, Alkoholethoxylate, Ethersulfate, Alkylsulfate, Seife) eine Abnahme von Åber 99 % auf dem Weg vom Haushalt Åber die Klranlage in das Oberflchengewsser stattfindet, d. h. nur ein sehr geringer prozentualer Anteil der ursprÅnglich verwendeten Tensidmengen gelangt tatschlich als intakte MolekÅle in die Umwelt – voraus-gesetzt, es ist eine funktionierende Klranlage mit biologischer Reinigungsstufe vorhanden. In fließenden Gewssern betrgt die Halbwertszeit dieser Tenside wenige Stunden [10].

9.5 Wirkung von Tensiden auf Gewsserorganismen (aquatische Toxizitt) 245

9.5

Wirkung von Tensiden auf Gewsserorganismen (aquatische Toxizitt)

Whrend Tenside auf Sugetiere nur wenig giftig wirken, entfalten sie eine hohe Toxizitt im Gewsser („aquatische Toxizitt“). Sie sind in hohem Maße giftig fÅr Fische und andere Gewsserorganismen. Aufgrund ihrer Grenzflchenaktivitt kÇnnen sie biologische Membranen wie z. B. die fÅr die Atmung wichtigen empfindlichen Kiemenblttchen der Fische schdigen. Liegen Tenside in ausreichend hoher Konzentration vor, erhÇhen sie die Zelldurchlssigkeit fÅr andere Stoffe, z. B. Schwermetalle oder Pestizide, und kÇnnen auch die Enzymaktivitt in biologischen Zellen beeinflussen und dadurch StoffwechselstÇrungen hervorrufen. Dies hat zur Folge, dass selbst bei den biologisch gut abbaubaren Tensiden grundstzlich Wirkungen an Wasserorganismen in Betracht gezogen werden mÅssen.

Zur Bewertung der aquatischen Toxizitt eines Tensids mÅssen die akute Toxizitt und die chronische/subchronische Toxizitt gleichermaßen berÅcksichtigt werden. Erstere umfasst kurzfristig wirksame Çkotoxische Effekte, whrend die chronische/subchronische Toxizitt lngerfristige Wirkungen beschreibt, die bei PrÅfung des Testorganismus Åber seinen gesamten Lebenszyklus bzw. whrend eines Teils des Lebenszyklus ermittelt werden.

9.5.1

Die akute Toxizitt

Als Parameter zur quantitativen Beschreibung der akuten aquatischen Toxizitt dient die letale Konzentration (LC) bzw. die Effektkonzentration (EC), die folgendermaßen definiert sind:

LC0, LC50, LC100 bzw. EC0, EC50, EC100: Jeweilige Konzentration, bei der gerade 0 %, 50 % bzw. 100 % der untersuchten Individuen (Fische) sterben (LC), bzw. bestimmte Effekte, z. B. Hemmung der Zellvermehrung (Algen), Beeintrchtigung der Schwimmfhigkeit (Daphnien), aufweisen (EC).

Die akute Toxizitt wird Åblicherweise mit dem LC/EC50-Wert angegeben, der rechnerisch aus den experimentell ermittelten EC/LC0- und EC/LC100-Werten ab-geleitet wird. Die Effektkonzentration ist innerhalb gewisser Grenzen von der Testdauer abhngig, so dass diese immer mit angegeben werden muss. Als Standard-Bemessungszeitraum gelten je nach Testart und Testorganismus 48 h (Daphnien), 72 h (Algen) bzw. 96 h (Fische).

Fische dienten frÅher in der Beurteilung der Toxizitt als Leitorganismen, weil Fische eine besondere Bedeutung als Nahrungsquelle haben, sie in der Regel besonders empfindlich auf Tenside reagieren und Schdigungen des Fischbestandes optisch am deutlichsten wahrgenommen werden. Es muss hier aber betont werden, dass fÅr ein intaktes kosystem jede im Gewsser lebende Organismenart – hierzu zhlen Vertreter der unteren trophischen Ebenen, z. B. Bakterien, Algen, Plankton, und der hÇheren Reprsentanten der aquatischen BiozÇnose gleichermaßen – bedeutungsvoll ist und nicht gefhrdet werden darf. In der Pra-

246

9 kologie der Waschmittel
xis ist aber eine Untersuchung aller Arten in Labortests nicht mÇglich, so dass nur ausgewhlte Vertreter aus verschiedenen biozÇnotischen Stufen untersucht werden. Als reprsentative Standard-Testorganismen zur Beurteilung der Toxizitt von chemischen Verbindungen generell dienen heute neben den Fischen WasserflÇhe (Daphnien) und GrÅnalgen [11].

Die in Waschmitteln gebruchlichen Tenside zeigen in der Regel eine akute aquatische Toxizitt (LC50) im Bereich von 1–10 mg/L (Abb. 9.17) [1]. Seife weist mit einer letalen Konzentration von LC50 = 6,7 mg/L eine hnlich hohe Toxizitt wie andere Aniontenside auf, allerdings nur bei einer Wasserhrte von 0 hd. In Anwesenheit von Erdalkali-Ionen – das ist in Oberflchengewssern immer der Fall – bildet sich Kalkseife, die wasserunlÇslich und daher wenig toxisch ist.

9.5.2

Die Langzeit-Toxizitt

Die Kenntnis der chronischen und subchronischen Toxizitt, also der Çkotoxi-schen Wirkung von Tensiden Åber lngere Zeitrume, bildet fÅr die Umweltrisikobewertung dieser Substanzen eine aussagefhigere Grundlage als die Daten zur akuten Toxizitt. Die entscheidende Frage dabei ist, welche Konzentration eines Tensids im Gewsser noch als unkritisch angesehen werden kann.

Zur quantitativen Beschreibung der Langzeit-Toxizitt dient der Begriff NOEC

(No Observed Effect Concentration), d. h. die hÇchste PrÅfkonzentration, bei der noch keinerlei Effekte im Vergleich zu einem Kontroll-Testansatz (ohne Testsubstanz) zu beobachten ist.

Die mit der NOEC charakterisierten Effekte beziehen sich auf besonders empfindliche Prozesse wie Wachstum, Reife und Reproduktion der Testorganismen (Standard: Algen, Daphnien, Fische). FÅr alle wichtigen in Waschmitteln eingesetzten Tensidgruppen stehen heute umfangreiche Informationen zur Langzeit-Toxizitt zur VerfÅgung [12], whrend bei mengenmßig kleineren Tensidgruppen solche auf z. T. recht aufwndigen subchronischen bzw. chronischen Tests basierenden Daten noch LÅcken aufweisen.

Laboruntersuchungen an Miniatur- Lebensgemeinschaften (Microcosmos- bzw.

Mesocosmos-Tests) erbrachten eine hervorragende Ergnzung zu den Daten aus Standard-Langzeituntersuchungen an einzelnen Arten. Nach einer mehrwÇ-
chigen Einwirkungszeit eines Tensides wurde die aus mehreren Arten von Algen, Protozoen und Rdertierchen bestehende BiozÇnose auf Vernderungen der Individuenzahl und Artenzusammensetzung hin ausgewertet. Es wurde die Konzentration ermittelt, die gerade keine StÇrung der BiozÇnose mehr verursacht. Die erhaltenen biozÇnotischen NOEC-Werte zeigten eine ausreichende
bereinstimmung mit NOEC-Daten der jeweils in Standardtests ermittelten empfindlichsten Organismenart (Abb. 9.17) [13].

Durch Anwendung von Sicherheitsfaktoren lsst sich aus der in Labortests ermittelten EC/LC50 bzw. NOEC die Konzentration prognostizieren, unterhalb der in der realen aquatischen Umwelt keine negativen Effekte auf die Gewsserorga-

9.5 Wirkung von Tensiden auf Gewsserorganismen (aquatische Toxizitt) 247

Abb. 9.17

Daten zur Toxizitt ausgewhlter Tenside (Gerundete Werte. Alle Angaben in mg/L).

nismen zu erwarten ist. Diese Konzentration wird PNEC (Predicted No Effect Concentration) genannt. In Abhngigkeit von der Art und der Anzahl der Çkotoxikologischen Testdaten werden unterschiedliche Sicherheitsfaktoren angewendet, um beispielsweise von der LC/EC50 (Sicherheitsfaktor 1000) bzw. NOEC (Sicherheitsfaktor 10–50) zu der PNEC zu gelangen.

Zwar sind Wechselwirkungen von Tensiden mit anderen im Wasser vorkommenden Schadstoffen, z. B. Schwermetallen, Pestiziden oder polycyclischen aroma-tischen Kohlenwasserstoffen prinzipiell denkbar, doch deuten die wenigen syste-matischen Untersuchungen hierzu eher auf eine additive Wirkung der Schad-stoffkomponenten als auf synergistische Effekte hin.

Die besondere Problematik von Alkylphenolethoxylaten (APEO), deren Abbau-produkte – im Gegensatz zu den Åbrigen Tensiden – Çkotoxischer sind als das ursprÅngliche Tensid, wird im Info-Kasten in Kapitel 9.6 dargestellt.

248

9 kologie der Waschmittel

9.6
kologische Bewertung wichtiger Tenside

Zur Beurteilung der Auswirkungen von Tensiden in der Umwelt, also fÅr eine Çkologische Risikobewertung, mÅssen die Informationen zum Verbleib in der Umwelt (insbesondere zur biologischen Abbaubarkeit), zur kotoxizitt und die Verbrauchsmengen miteinander in Beziehung gesetzt werden. Je geringer die durch Einsatzmenge und biologische Abbaubarkeit maßgeblich beeinflussten Umweltkonzentrationen sind, desto geringer ist der Çkotoxische Einfluss der Tenside in der Umwelt. Den Tensiden mit den grÇßten Verbrauchszahlen ist daher die grÇßte Aufmerksamkeit zu schenken. Eine weitergehende Betrachtung der Umweltvertrglichkeit von Tensiden bezieht zustzlich noch kobilanzen mit ein, d. h. die Analyse des gesamten Lebensweges eines Tensids unter Çkologischen Gesichtspunkten von der Herstellung Åber die Nutzung bis hin zur Entsorgung. Diesem Aspekt ist ein eigenes Kapitel (Kap. 10) gewidmet.

Zum Prozess der Risikobewertung von Chemikalien im Allgemeinen, dem
auch die Waschmittelinhaltsstoffe unterliegen, stehen seit Mitte der 1990er Jahre in der EU verbindliche Leitlinien (EU Technical Guidance Document) Abb. 9.18

Prozess der Umweltrisikobewertung von Chemikalien nach EU-Standard.

9.6 kologische Bewertung wichtiger Tenside

249

[14] zur VerfÅgung (Abb. 9.18), die sich im Wesentlichen auch in der neuen EU-Chemikaliengesetzgebung (REACH) so wiederfinden. Dieses international verwendete Konzept zur Risikobewertung von UmweItchemikalien beruht auf folgenden Grundlagen:

x Abschtzung der zu erwartenden Konzentration einer Chemikalie in der Umwelt unter konservativen Randbedingungen („realistic worst case“). Diese Konzentration wird als PEC (Predicted Environmental Concentration) bezeichnet. Die Ermittlung dieser Konzentration berÅcksichtigt neben den Verbrauchsmengen die biologische Abbaubarkeit, VerdÅnnungseffekte, Expositions-relevante physi-kochemische Parameter (z. B. FlÅchtigkeit, Adsorptionsfhigkeit an Oberfl-
chen) sowie weitere relevante Randbedingungen.

x Abschtzung der Konzentration, unterhalb derer in der Umwelt keine schdigenden Effekte mehr zu erwarten sind (PNEC = Predicted No Effect Concentration, vgl.

Kap. 9.5). Zur Ableitung der PNEC werden als Basis akute Toxizittsdaten und – soweit vorhanden – Ergebnisse aus Laboruntersuchungen zur Langzeit-Toxizitt (NOEC); aber auch Freilanduntersuchungen herangezogen.

x Ergibt sich aus den erhaltenen Informationen, dass die in der Umwelt zu erwartende Konzentration (PEC) unterhalb der ermittelten PNEC liegt, (PEC I PNEC), so besteht fÅr die Chemikalie kein Hinweis auf ein Umweltrisiko.

Neben der Belastung der Oberflchengewsser mit Tensiden kommt der Frage nach dem Çkologischen Verhalten von Tensiden im Klrschlamm und Boden eine große Bedeutung zu. Durch umfangreiche Untersuchungen und der darauf basierenden Umweltrisikoanalyse in BÇden wurde belegt, dass der Einsatz von LAS in Waschmitteln trotz der fehlenden anaeroben Abbaubarkeit kein Risiko fÅr die terrestrische Umwelt darstellt [12]. Grundstzlich ist eine gute anaerobe Abbaubarkeit von Tensiden als Çkologisch vorteilhaft anzusehen. Bei aerob leicht abbaubaren Tensiden ist aber eine fehlende anaerobe Abbaubarkeit von geringerer Bedeutung, da diese Verbindungen immer wieder in aerobe Umweltbereiche gelangen und dort schnell abgebaut werden kÇnnen [15]. Die besondere Problematik der Alkylphenolethoxylate ist im Info-Kasten (s. u.) dargestellt.

FÅr alle wichtigen, in Europa in Wasch- und Reinigungsmitteln verwendeten Tenside (LAS, SAS, FAES, FAS, FAEO, Seife, Esterquats) wurden in den vergangenen Jahren umfassende Umweltrisikobewertungen durchgefÅhrt [12]. Damit gilt es als gesichert, dass bei den in der Umwelt auftretenden Konzentrationen keine Gefahr fÅr die dort lebenden Organismen besteht.

250

9 kologie der Waschmittel

Alkylphenolethoxylate – Ein Çkologisches Problem der 1980er Jahre

Ein Beispiel fÅr ein gut primr-abbaubares Tensid mit dennoch kritischen Çkologischen Eigenschaften sind die Alkylphenolethoxylate (APEO) (Abb. 9.19).

APEO’s haben eine Primrabbaubarkeit von Åber 80 %, bei ihrem Abbau entstehen jedoch Metabolite, die nur langsam abbaubar und zudem wesentlich giftiger sind als das Ausgangsprodukt.

Die unzureichende Endabbaubarkeit von APEO ist auf den verzweigten Alkylrest zurÅckzufÅhren, so dass letztlich schwer abbaubare Alkylphenole und Derivate davon entstehen.

Alkylphenole lassen sich sowohl im Sediment belasteter Gewssern als auch im Fettgewebe von Fischen nachweisen. Im Gegensatz zu DDT oder anderen persistenten Umweltchemikalien reichert es sich jedoch nicht im menschlichen KÇrper oder in der Umwelt (Nahrungskette) an. Obwohl umfangreiche Untersuchungen gezeigt haben, dass Alkylphenole zu den Umwelt-strogenen gehÇ-
ren, war ihre aquatische Toxizitt dafÅr ausschlaggebend, dass der Einsatz von Nonylphenol und Nonylphenolethoxylaten in abwassergngigen Anwendungen EU-weit verboten wurde [16].

Diese Aspekte sind fÅr Waschmittel schon lange nicht mehr relevant, da Alkylphenolethoxylate auf Grund einer Selbstverpflichtung der Industrie in der Bundesrepublik Deutschland seit 1986, in Westeuropa seit Anfang der neunziger Jahre wegen ihrer schlechten Totalabbaubarkeit und hohen aquatischen Toxizitt in diesen Produkten nicht mehr eingesetzt werden.

Abb. 9.19

Primrabbau von Alkylphenolethoxylaten (APEO).

9.7
kologische Auswirkungen weiterer Inhaltsstoffe von Waschmitteln

9.7.1

Phosphate

Die heutigen Waschmittel enthalten in Deutschland und den meisten europ-
ischen Lndern keine Phosphate mehr. Dennoch wird hier nher auf die Phosphate eingegangen, denn die Entwicklung phosphatfreier Waschmittel war ein wichtiger Beitrag zum Umweltschutz.

9.7 kologische Auswirkungen weiterer Inhaltsstoffe von Waschmitteln

251

Phosphathaltige Verbindungen sind Bestandteil des Stoffwechsels eines jeden Organismus. Eine Gefahr fÅr die Umwelt geht von solchen Verbindungen nur dann aus, wenn sie im bermaß in die Gewsser gelangen, denn Phosphate sind Nhrstoffe fÅr die im Wasser lebenden Pflanzen. Phosphor ist in der Regel einer der wachstumslimitierenden Faktoren fÅr die Pflanzen, whrend die Åbrigen Nhrstoffe in ausreichender Menge oder im berfluss vorhanden sind. Ist Phosphor der Minimumfaktor, so fÅhrt ein berangebot dieses Ele-ments zu einer Steigerung der Produktion pflanzlicher Biomasse, bis ein anderer Stoff ins Minimum gert. Ein berangebot an Nhrstoffen und das sich daraus ergebende Åbermßige Wachstum pflanzlicher Organismen bezeichnet man als Eutrophierung (Abb. 9.20).

Algen bilden die hauptschliche pflanzliche Biomasse im Wasser. Bei einem
berangebot an Pflanzennhrstoffen vermehren sie sich stark. Auch die davon lebenden Tiere und dementsprechend alle Folgeglieder der Nahrungskette kÇnnen sich strker entwickeln. Aufgrund der mit dem erhÇhten Algenwachstum verbundenen gesteigerten Photosynthese kommt es in den oberen Schichten des Gewssers zu einem SauerstoffÅberschuss. Durch die starke Vermehrung der Algen nimmt in der Folge aber auch die Zahl der abgestorbenen Organismen zu (Åberwiegend pflanzliches und tierisches Plankton). Die abgestorbene Biomasse sinkt auf den Gewssergrund und bildet dort die Nahrungsgrundlage fÅr Mikroorganismen.

Beim aeroben Abbau der Biomasse werden große Mengen an Sauerstoff benÇ-
tigt. Das Gewsser verarmt deshalb insbesondere in den tieferen Schichten an Sauerstoff. Fische und andere auf Sauerstoff angewiesene Glieder der Lebensgemeinschaften im Wasser kÇnnen dort nicht mehr leben. Bei sehr großer Sauer-stoffarmut entwickeln sich anaerobe Bakterien, die giftige Stoffwechselprodukte freisetzen kÇnnen. Es bilden sich unter anderem Schwefelwasserstoff H2S und Ammoniak NH3 (je nach den vorliegenden pH-Werten kÇnnen sich auch die entsprechenden Ionen HS– und NH +

4
bilden). Diese giftigen, in Wasser lÇslichen

Gase kÇnnen ein vÇlliges Absterben aller Lebewesen im Gewsser verursachen.

Das Gewsser gilt dann als „umgekippt“. Es kann dann nicht lnger zur Trink-wassergewinnung genutzt werden.

Abb. 9.20

Eutrophierung eines Gewssers durch Phosphate.

252

9 kologie der Waschmittel

9.7.1.1

Phosphorkonzentration und GewssergÅte in stehenden Gewssern

Als Richtwerte des Phosphorgehaltes und der Qualitt von stehenden Gewssern kÇnnen folgende Zahlen gelten:

x oligotroph (geringer Nhrstoffgehalt):3–15 mg/L,
x mesotroph (mßiger Nhrstoffgehalt): 15–80 mg/L,
x eutroph (Åbermßiger Nhrstoffgehalt): 20–300 mg/L.

Die KonzentrationsÅberschneidungen berÅcksichtigen, dass außer Phosphor im Einzelfall noch gewssermorphologische und hydrodynamische Faktoren zu be-rÅcksichtigen sind. Bemerkenswert ist, dass schon minimale Konzentrationen oberhalb 20 mg/L in stehenden Gewssern zur Eutrophierung fÅhren kÇnnen, wenn entsprechend gÅnstige Wachstumsbedingungen vorliegen. Als obere

Grenze sind 30 mg/L anzusehen. Wird dieser Wert Åberschritten, so ist mit einer StÇrung der GewsserÇkologie zu rechnen.

Der Bodensee ist das grÇßte deutsche Binnengewsser, dient als Trinkwasser-speicher fÅr den sÅddeutschen Raum und wird als wichtiges Erholungsgebiet genutzt. Aufgrund dieser Bedeutung wird der Bodensee schon seit vielen Jahren auch im internationalen Rahmen wissenschaftlich untersucht. Das schließt den Phosphatgehalt ein (Abb. 9.21). Viele Erkenntnisse, die Åber den Bodensee gewonnen werden, lassen sich auf andere Gewsser, teilweise auch auf die Nord-und Ostsee Åbertragen.

Betrachtet man die Phosphorkonzentration des Bodensees, so hat sich diese von 7 mg/L im Jahr 1950 auf 87 mg/L im Jahr 1979, dem HÇhepunkt der Belastung, erhÇht. Die Ursache dafÅr war die steigende BevÇlkerungszahl, die ihre Ab-Abb. 9.21

Phosphorkonzentration im Bodensee 1950 bis 2009 (Gesamtphosphor whrend der FrÅhjahrs-Zirkulationsphase, Messstation Fischbach-Uttwil).

9.7 kologische Auswirkungen weiterer Inhaltsstoffe von Waschmitteln 253
wsser Åber zum Teil unzureichende Klranlagen in den Bodensee entließ. Ein wesentlicher Faktor war in diesem Zusammenhang der steigende Verbrauch von phosphathaltigen Wasch- und Reinigungsmitteln, deren Phosphatanteil 1975 etwa 50 % der Phosphorkonzentration im huslichen Abwasser ausmachte.

Die kritische Verschlechterung der Gewsserqualitt zwang zu konsequenten Sa-nierungsmaßnahmen. Es wurden Ringkanalisationen und Klranlagen mit einer Phosphatfllstufe gebaut. Dadurch konnte ein weiterer Anstieg der Phosphorkonzentration im Bodensee verhindert werden. Seit 1981 sank die Phosphorkonzentration im See wieder ab und lag 2009 mit 8 mg/L wieder im Bereich der Werte Anfang der 1950er Jahre.

Ende der achtziger Jahre waren phosphatfreie Waschmittel maßgeblich fÅr den RÅckgang der Phosphorkonzentrationen im Abwasser und in Gewssern verantwortlich; seit 1991 hat eine weitere Verbesserung der Abwasserreinigungsanlagen dazu beigetragen. Insgesamt entwssern etwa 15 % der deutschen BevÇlkerung in eutrophierungsgefhrdete stehende oder langsam fließende Gewsser.

9.7.1.2

Phosphorkonzentration in Fließgewssern

Obwohl ein Fließgewsser im Vergleich zum stehenden Gewsser eine erhÇhte Phosphorkonzentration toleriert (Toleranzgrenze: ca. 200 mg P/L), kommt es zwangslufig zu einem Eintrag von Phosphor in die Meere. Auch in dem ußerst empfindlichen kosystem Meer kann Phosphor in Verbindung mit reichlich vorhandenen Stickstoffverbindungen und weiteren Wachstumsfaktoren (Licht, StrÇmungen, Temperatur, Silicium, organische Stoffe, Spurenelemente, biotische Faktoren) zur Eutrophierung fÅhren.

In Zusammenhang mit dem erhÇhten Nhrstoffeintrag in Oberflchengewsser kann auch der starke RÅckgang der Vielfalt der Wasser- und Feuchtgebiet-pflanzen gesehen werden, da nhrstoffarme, aber artenreiche Standorte zunehmend verschwinden.

9.7.1.3

Ursache der Phosphorbelastung

Haushaltswaschmittel tragen seit etwa 1990 nicht mehr zur Phosphatbelastung in Deutschland bei. Aus maschinellen GeschirrspÅlmitteln, die aus Leistungs-grÅnden wieder auf Pentanatriumtriphosphat als Enthrterbasis zurÅckgekehrt sind, stammten in Deutschland im Jahr 2008 etwa 7.800 Tonnen Phosphor (bei ca. 31.900 Tonnen Phosphateinsatz), die nur annhernd 3 % zur Gesamt-Phosphorbelastung der deutschen Fließgewsser beitragen. Dieser vergleichsweise geringe Anteil ist primr eine Folge des hohen Anschlussgrades der Haushalte an Klranlagen mit tertirer Abwasserreinigung, also mit Phosphatelimination [3].

Weiterhin werden in der gewerblichen Wscherei vereinzelt noch phosphathaltige Waschmittel verwendet, deren Beitrag zur Phosphatbelastung jedoch gering ist.

Der Beitrag der kommunalen Klranlagen zum Phosphor-Eintrag in die Oberflchengewsser mit den primr dafÅr verantwortlichen menschlichen Stoffwech-selprodukten liegt bei etwa 27 %, weitere 3 % stammen von industriellen Direkt-einleitern. Der Haupteintrag von Phosphor in Oberflchengewsser geschieht heute also nicht mehr Åber die Haushaltsabwsser. Der Åberwiegende Eintrag

254

9 kologie der Waschmittel

Abb. 9.22

Phosphoreintrag in die Oberflchengewsser in Deutschland.

(insgesamt 70 %) erfolgt durch diffuse Quellen, die im Wesentlichen landwirtschaftlichen Aktivitten zugerechnet werden kÇnnen. (Abb. 9.22 ) [17].

9.7.1.4

Maßnahmen zur Reduktion der Phosphorkonzentration in der Umwelt

Zwei prinzipielle Wege zur Verringerung der Phosphorkonzentration in Oberfl-
chengewssern sind denkbar:

x Reduzierung der Phosphorquellen;
x Eliminierung von Phosphor aus dem Abwasser.

Die Reduzierung der Phosphorquellen hat ihre Grenzen, da sich der Eintrag Åber die Haushaltsabwsser nach der EinfÅhrung phosphatfreier Waschmittel kaum noch weiter verringern lsst (Abb. 9.22). Eine wesentliche Reduktion des Phosphoreintrages in die Umwelt wird Åber die Eliminierung von Phosphor aus dem Abwasser (3. Reinigungsstufe) geleistet. In Deutschland werden mittlerweile (2004) bei etwa 90 % der Klranlagen Phosphor-Eliminationsverfahren mit einem Wirkungsgrad von mehr als 90 % angewandt. Damit liegt heute der Schwerpunkt der Aktivitten zur Phosphor-Reduktion in Oberflchengewssern nicht mehr bei den kommunalen Abwssern, sondern bei den diffusen Eintragsquellen.

Diese Betrachtungen zeigen, dass phosphatfreie Waschmittel einen wesentlichen Beitrag zur Gewsserentlastung geleistet haben und auch in Zukunft leisten mÅssen, da bei kleineren, außerhalb von eutrophierungssensitiven Gebieten liegenden Klranlagen (mit Einwohnergleichwerten I 10.000 EGW) keine Phosphor-Eliminationsverfahren EU-weit vorgeschrieben sind. Handlungsbedarf zur Umstellung auf phosphatfreie Waschmittel besteht noch in einigen Lndern mit weniger ausgebauter Abwasserreinigung, z. B. in SÅd- und Osteuropa.

9.7 kologische Auswirkungen weiterer Inhaltsstoffe von Waschmitteln 255

9.7.2

Phosphatfreie Enthrtersysteme und Komplexbildner

Zeolithe und Schichtsilicate

In einer 1979 verÇffentlichten umfassenden Studie, die im Auftrag des Umweltbundesamtes erstellt wurde, ist Zeolith A auf seine Çkologische Vertrglichkeit untersucht worden. Dabei wurden keinerlei negative Auswirkungen festgestellt.

Diese positive Beurteilung konnte in einer aktuellen Umweltrisikobewertung be-sttigt werden [12]. Dies war, bedingt durch die chemische Struktur, auch nicht zu erwarten. Als unlÇsliche Waschmittelbestandteile verbleiben Zeolithe zu Åber 90 % im Klrschlamm der Abwasserreinigungsanlagen. Zeolithe erhÇhen dadurch das Abfallvolumen. Positiv zu bewerten ist, dass ihr Ionenaustauschver-mÇgen in Verbindung mit ihrer UnlÇslichkeit zur Sedimentation und damit zur Immobilisierung giftiger Schwermetalle beitrgt. Eine wachstumsfÇrdernde Wirkung auf Kieselalgen ist auch bei sehr hohen Zeolith-Konzentrationen, wie sie in der Praxis nicht auftreten, nicht feststellbar. FÅr Schichtsilicate ergeben sich hinsichtlich der Çkologischen Sicherheit ebenfalls keine kritischen Aspekte.

Polycarboxylate
x Die kotoxizitt ist sehr gering.

x Sie werden Åberwiegend (zu Åber 90 %) im Klrschlamm als schwerlÇsliche Calciumsalze ausgefllt. Nur ein geringer Prozentsatz (niedermolekulare Bestandteile) wird biologisch abgebaut.

x Es gibt noch kein hinreichend empfindliches Verfahren zum analytischen Nachweis dieser Stoffe in der Umwelt.

x Sie kÇnnen unter Praxisbedingungen keine Schwermetalle remobilisieren.

x Negative Auswirkungen der Polycarboxylate in der terrestrischen Umwelt, wenn Klrschlamm als DÅnger auf landwirtschaftlich genutzte Felder gelangt, sind aufgrund der niedrigen kotoxizitt nicht zu erwarten.

x Das Çkologische Risiko dieser Substanzen wird als gering eingestuft, wie durch eine aktuelle Studie belegt wird [12]. Bislang sind keine negativen Auswirkungen durch Polycarboxylate bekannt. An Ersatzstoffen, die biologisch leichter abbaubar sind, wird gearbeitet.

Starke Komplexbildner wie EDTA oder Phosphonate dienten bzw. dienen in Waschmitteln nicht der Wasserenthrtung, sondern der Stabilisierung empfindlicher Inhaltsstoffe, z. B. der Bleichmittel. Ihr Mengenanteil im Waschmittel ist gering.

Heute werden in Waschmitteln hierfÅr ausschließlich Phosphonate eingesetzt, whrend auf EDTA in Deutschland verzichtet wird. NTA, das eine Zeit lang als Phosphatersatzstoff diskutiert wurde, spielt in Haushaltswaschmitteln praktisch keine Rolle.

Grundstzlich besteht die MÇglichkeit, dass starke Komplexbildner wie NTA, EDTA oder Phosphonate die VerfÅgbarkeit von Metall-Ionen in der Umwelt beeinflussen kÇnnen. Sie kÇnnen einerseits giftige Schwermetalle aus Sedimenten lÇsen (remobilisieren) und dadurch indirekt toxisch wirken, andererseits aber

256

9 kologie der Waschmittel
auch die VerfÅgbarkeit von essentiellen Spurenelementen erhÇhen und dadurch wachstumsfÇrdernd wirken – ein Effekt, der vor allem in den KÅstengebieten der Meere eine Rolle spielt. Die genannten Effekte sind erst oberhalb kritischer Schwellenwerte von Bedeutung. Die Konzentration starker Komplexbildner in Gewssern sollte daher mÇglichst gering gehalten werden.

Phosphonate
x Sie sind biologisch schwer abbaubar, werden aber in Klranlagen zu etwa 50 %

(mit Phosphatfllstufen zu 90 %) durch Adsorptionsvorgnge zurÅckgehalten.

Bei ihrer langsamen abiotischen, teils hydrolytischen, teils fotochemischen Zersetzung entstehen Zwischenprodukte, die zumindest teilweise einem biologischen Abbau zugnglich sind. Bei diesen Abbauvorgngen werden Phosphonate in Phosphate umgewandelt.

x Sie besitzen eine Neigung zur Adsorption an festen Oberflchen, z. B.

Schwebstoffen, so dass eine Komplexierung bei niedrigen Konzentrationen nicht zu einer Mobilisierung von Schwermetallen fÅhrt.

x Sie werden nur in geringen Mengen in Wasch- und Reinigungsmitteln verwendet: 2008 insgesamt 3.900 Tonnen in Deutschland.

x Aktuelle Umweltrisikobewertungen nach dem EU-Bewertungsverfahren haben gezeigt, dass der Einsatz von Phosphonaten in Wasch- und Reinigungsmitteln zu keiner Besorgnis Anlass gibt [12].

Ethylendiamintetraacetat (EDTA)

x EDTA wird in kommunalen Klranlagen weder biologisch abgebaut noch nennenswert eliminiert.

x Als starker Komplexbildner kann es potentiell Schwermetalle aus den Sedimenten remobilisieren.

x Der Fe-III-EDTA-Komplex wird in Gewssern sehr schnell durch Sonnenlicht abgebaut. Dies ist der wichtigste Eliminationsprozess fÅr EDTA in der Umwelt.

x Die Toxizitt von EDTA gegenÅber Wasserorganismen ist sehr gering, kann aber durch andere Wasserinhaltsstoffe beeinflusst werden. In Haushaltswasch-und -reinigungsmitteln erfolgt seit 1991 aufgrund freiwilliger Maßnahmen der deutschen Industrie kein Einsatz von EDTA.

Nitrilotriacetat (NTA)

x Im Vergleich zu EDTA ist NTA ein schwcherer Komplexbildner mit geringerem Potential der Schwermetallremobilisierung.

x NTA ist unter aeroben Bedingungen biologisch leicht abbaubar.

x Die Toxizitt von NTA gegenÅber Gewsserorganismen ist gering.

x Aufgrund der leichten Abbaubarkeit haben Fragen zur Schwermetallremobilisierung und mÇglicher FÇrdereffekte des Algenwachstums nur eine geringe praktische Relevanz.

9.7 kologische Auswirkungen weiterer Inhaltsstoffe von Waschmitteln 257
x In deutschen Waschmitteln wird NTA aufgrund der frÅheren langjhrigen Dis-kussionen nicht eingesetzt. Der Verbrauch fÅr gewerbliche Reinigungsmittel ist mit 200 Tonnen/Jahr in Deutschland nur sehr gering.

9.7.3

Bleichmittel

Bleichmittel wie Natriumperborat oder Natriumpercarbonat werden im verhltnismßig hohen Anteil (10–25 %) in pulverfÇrmigen Vollwaschmitteln eingesetzt. Sie zerfallen zum Teil schon in der Waschmaschine unter Bildung von Boraten bzw. Carbonaten, die aufgrund ihrer guten WasserlÇslichkeit in Klranlagen nicht eliminiert werden und daher zu 100 % in die Oberflchengewsser gelangen.

Borate

Bor ist in unterschiedlicher Hufigkeit Bestandteil verschiedener Mineralien.

Durch Verwitterungsprozesse gelangt es unter anderem auch in die Gewsser.

Es ist ein natÅrlicher Wasserinhaltsstoff und ein essentielles Spurenelement fÅr Pflanzen.

Die aquatische Toxizitt von Boraten ist sehr gering, auch wenn Bor gegenÅber einigen Nutzpflanzen (z. B. Obstbume, Tomaten, Weinreben, CitrusfrÅchten) eine spezifische Toxizitt aufweist, die borhaltige Abwsser zur Bewsserung ungeeignet macht [18].

Die natÅrliche Borkonzentration in den deutschen FlÅssen liegt bei etwa 0,05 mg/L. DarÅber hinausgehende Werte kÇnnen durch menschliche EinflÅsse verursacht sein, wobei die Waschmittelborate den weitaus grÇßten zustzlichen Boreintrag liefern. Die Konzentrationen in den großen deutschen FlÅssen liegen bei 0,2 mg/L, steIlenweise bei 0,4 mg/L. Unter ungÅnstigen Bedingungen wurden lokal auch Konzentrationen bis 0,8 mg/L gemessen. Obwohl sich anhand aktueller Risikobewertungen nach dem EU-Bewertungsverfahren kein Hinweis auf ein Umweltrisiko durch den Einsatz von Perborat in Wasch- und Reinigungsmitteln ergibt [13], hat die Verwendung dieser Bleichsubstanz in den letzten Jahren deutlich abgenommen und ist heute nahezu bedeutungslos. Wurden 1994 in Deutschland noch 103.000 Tonnen eingesetzt, so lag die Menge in 2002 nur noch bei 30.500 Tonnen und betrug 2008 gerade noch 100 Tonnen, whrend in diesem Zeitraum der Verbrauch von Natriumpercarbonat von 8.000 Tonnen auf 26.200 Tonnen und 2008 auf 41.800 Tonnen stieg.

Percarbonat

Natriumpercarbonat zerfllt bereits in der Waschmaschine zu erheblichem Umfang zu Na-Carbonat (Soda) und setzt sich im Abwasser weitgehend zu Natriumhydrogencarbonat (NaHCO3) um. Es passiert in dieser Form unverndert die Klranlagen und gelangt in die Oberflchengewsser. Die aquatische Toxizitt dieser Verbindungen ist sehr gering. Dementsprechend hat eine auf der EU-Risiko-bewertungsmethode basierende aktuelle Umweltsicherheitsbewertung gezeigt

258

9 kologie der Waschmittel

[12], dass mit der Verwendung von Natrium-Percarbonat in Waschmitteln auch bei weiter zunehmenden Verbrauchsmengen keine Gefahr fÅr die Umwelt verbunden ist.

Bleichaktivatoren

TAED ist in der Klranlage gut biologisch abbaubar. GegenÅber Wasserorganismen ist TAED nur wenig toxisch. Dementsprechend ergaben sich auch in
einer aktuellen Umweltrisikobewertung nach den EU-Bewertungsprinzipien

[12] keine Hinweise fÅr eine Besorgnis beim Einsatz von TAED in Waschmitteln.

9.7.4

Enzyme

Der Åberwiegende Teil der in Wasch- und Reinigungsmitteln verwendeten Enzyme (Proteasen, Lipasen, Cellulasen, Amylasen, Mannanasen) wird heute mit Hilfe gentechnischer Verfahren hergestellt. Die Enzymverbrauchsmengen in Haushaltswasch- und Reinigungsmitteln betrgt in Deutschland im Jahr 2009
etwa 4.400 Tonnen.

Zur Produktion von Waschmittelenzymen werden geschlossene Anlagen verwendet. Den Sicherheitsaspekten wird bei der Produktion eine besondere Bedeutung beigemessen, denn gentechnisch vernderte Mikroorganismen dÅrfen nicht in die Umwelt gelangen. Alle Produktionsabflle werden sorgfltig sterilisiert, im fertigen Enzymprodukt und im Waschmittel selbst sind keine gentechnisch ver-
nderten Organismen mehr enthalten. Dies lsst sich mit Hilfe spezieller, anerkannter Untersuchungsmethoden sicher nachweisen.

Alle Enzyme sind als Proteine biologisch gut und vollstndig abbaubar. Die in Waschmitteln verwendeten Enzyme gelangen daher nach der biologischen Abwasserreinigung nur zu einem sehr geringen Teil als enzymatisch wirksame Verbindungen in die aquatische Umwelt. Unter BerÅcksichtigung der Daten zur aquatischen Toxizitt und der in konservativen Expositionsanalysen prognostizier-ten geringen Umweltkonzentrationen ergibt sich kein Hinweis auf Umweltrisi-ken im Zusammenhang mit dem Einsatz von Proteasen, Lipasen, Cellulasen, Amylasen und Mannanasen in Waschmitteln [12]. Die mit Hilfe gentechnischer Methoden hergestellten Enzyme werden hinsichtlich der UmweItvertrglichkeit genauso gut beurteilt wie klassisch hergestellte. DarÅber hinaus lassen sich gentechnisch produzierte Enzyme wesentlich energie- und rohstoffsparender herstellen [19].

Zwischen der Industrie und dem Umweltbundesamt (UBA), dem Bundesamt
fÅr Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL) und der Bundesanstalt fÅr Arbeitsschutz (BuA) wurde eine freiwillige Vereinbarung getroffen, mit Wirkung vom 1.12.1996 die Stoffdaten der in Wasch- und Reinigungsmitteln verwendeten Enzyme zu melden. Durch diese Daten werden die mter in die Lage versetzt, umwelt-, verbraucher- und arbeitsschutzrelevante Risiken der Enzyme abzuschtzen.

9.7 kologische Auswirkungen weiterer Inhaltsstoffe von Waschmitteln 259

Unabhngig davon ist entsprechend der seit 2004 gÅltigen EU-Detergenzienverordnung ein Gehalt von Enzymen auf der Waschmittelverpackung zu deklarieren; gleichzeitig mÅssen aus der im Internet zugnglichen Liste der Inhaltsstoffe jedes Waschmittelprodukts die enthaltenen Enzymtypen zu ersehen sein. Aus Çkologischen GrÅnden ist der vermehrte Einsatz von Enzymen in Waschmitteln sinnvoll, denn mit ihrer Hilfe sind betrchtliche Einsparungen beim Energie-und Waschmittelverbrauch und bei der Verpackung mÇglich. In Zukunft kÇnnen optimierte oder neuartige Enzyme zu einer weiteren Reduktion von Waschmittelinhaltsstoffen beitragen – erforscht werden z. B. die Oxidasen oder Peroxidasen, die mÇglicherweise in Zukunft Bleichmittel zumindest teilweise ersetzen kÇnnen.

9.7.5

Sonstige Inhaltsstoffe
x Optische Aufheller sind aerob wie anaerob biologisch schwer abbaubar, werden aber in erheblichem Umfang (je nach Typ zwischen 50–90 %) durch Adsorption am Klrschlamm eliminiert und gelangen deshalb bei der landwirtschaftlichen Schlammverwertung auf die Felder. In Gewssern erfolgt ein photochemischer Abbau, dessen Geschwindigkeit vom Typ wie auch von den aktuellen Umgebungsbedingungen abhngig ist, so dass Halbwertszeiten im Bereich von wenigen Stunden bis zu einigen Monaten resultieren. Die aquatische Toxizitt der in Waschmitteln eingesetzten optischen Aufheller ist gering. Risikobewertungen auf der Grundlage der EU-Bewertungsmethodik und umfangreiche

Umweltuntersuchungen ergaben keine Hinweise auf ein Umweltrisiko [12].

x ParfÅmÇle sind in den meisten Waschmitteln in relativ geringen Konzentrationen (0,05–1 %) enthalten. Sie bestehen aus einer sehr großen Anzahl einzelner Duftstoffe, die sich in ihren chemischen und damit auch in den Çkologischen Eigenschaften stark unterscheiden kÇnnen. Bestimmte synthetische Duftstoffe aus der Klasse der Nitromoschusverbindungen und der polycyclischen Moschusverbindungen sind aus Çkologischer und toxikologischer Sicht als kritisch einzustufen [20]. 1993 wurde bekannt, dass Nitromoschusverbindungen im Fettgewebe von Fischen und in der Muttermilch nachzuweisen sind. Sie sind biologisch schwer abbaubar, gut fettlÇslich und kÇnnen sich dadurch in Gewsserorganismen anreichern. Infolge dieser ungÅnstigen Eigenschaften wurde ihre Verwendung stark eingeschrnkt. In Deutschland wurden Nitromoschusverbindungen in Waschmitteln seit 1994 durch andere Duftstoffe ersetzt (s. auch Kap. 5.6.6). Die Verwendung polycyclischer Moschusverbindungen als Ersatzstoffe fÅr die Nitromoschusverbindungen stieg Mitte der neunziger Jahre deutlich an, bis sich herausstellte, dass auch sie in der Muttermilch nachweisbar waren – in teilweise hÇheren Konzentrationen als die Nitromoschusverbindungen. In Wasch- und WeichspÅlmitteln ist die Verwendung seitdem sehr stark zurÅckgegangen, jedoch sind polycyclische Moschusverbindungen auch heute noch vereinzelt in Waschmitteln zu finden. Risikobewertungen entsprechend dem EU-Standard ergaben weder in toxikologischer noch Çkologi-

260

9 kologie der Waschmittel
scher Hinsicht ein signifikantes Gefhrdungspotential [13], doch sollten Verbindungen mit einem entsprechend ungÅnstigen Eigenschaftsprofil (schlechte biologische Abbaubarkeit, Bioakkumulationspotential) prinzipiell nicht in Kon-sumentenprodukten eingesetzt werden und durch biologisch besser abbaubare Substanzen ersetzt werden. Auch wenn zu den wichtigsten Duftstoffen ausreichende Çkologische Daten vorliegen, gibt es bei der Vielzahl der verwendeten Duftstoffe noch erheblichen Informationsbedarf hinsichtlich Abbauverhalten und kotoxizitt. Seitens der Duftstoffindustrie wird daran seit einigen Jahren intensiv gearbeitet.

x Carboxymethylcellulose wird in Klranlagen nur langsam abgebaut bzw. nur teilweise eliminiert. Negative Çkologische Effekte sind von dieser polymeren Verbindung aufgrund ihrer ußerst geringen aquatischen Toxizitt nicht zu erwarten.

x Natriumsulfat aus Wasch- und Reinigungsmitteln trgt zu deutlich weniger als 1 % zur Gesamtsalzfracht der Gewsser bei. GegenÅber Wasserorganismen ist Natriumsulfat nahezu untoxisch.

x kologisch ist das aus Waschmitteln stammende Natriumcarbonat (Soda) bedeutungslos.

x Der Eintrag von lÇslichen Silicaten aus Wasch- und Reinigungsmitteln in die Oberflchengewsser ist gegenÅber der natÅrlichen Silicatfracht gering und stellt kein Çkologisches Problem dar [12, 21].

x Andere in Waschmitteln eingesetzte Substanzen werden meist nur in geringen Mengen verwendet. Ihr Gebrauch ist zum Åberwiegenden Teil aus heutiger Sicht unter Çkologischen Gesichtspunkten unproblematisch.

Abb. 9.23

Beispiele fÅr die Substitution problematischer Inhaltsstoffe in Waschmitteln.

9.7 kologische Auswirkungen weiterer Inhaltsstoffe von Waschmitteln 261

9.7.6

Umweltbelastung durch Waschmittelinhaltsstoffe im berblick

Zusammenfassend lsst sich sagen, dass sich die Umweltvertrglichkeit der Waschmittelinhaltsstoffe gegenÅber dem Stand zu Anfang der 1980er Jahre deutlich verbessert hat und sich auch heute weiter entwickelt. Stark umweltbelastende Inhaltsstoffe sind aus (europischen) Waschmitteln verschwunden und durch Çkologisch besser vertrgliche ersetzt worden (Abb. 9.23).

Zwei offene Problemkreise, an denen noch gearbeitet wird, sind die Reduktion von biologisch schwer abbaubaren organischen Inhaltsstoffen in Waschmitteln insgesamt (z. B. Polycarboxylate) und die Çkologische Absicherung der Duftstoffe.

Allein aufgrund der enormen Verbrauchsmengen stellen die Wasch- und Reinigungsmittel und deren Inhaltsstoffe immer eine Belastung des Abwassers und letztlich der Umwelt dar. Nachdem die Umweltvertrglichkeit der Inhaltsstoffe deutlich verbessert wurde, kommt heute der Reduktion der Verbrauchsmengen und der Energieersparnis im Waschprozess eine steigende Bedeutung fÅr die Umwelt zu (s. auch Kap. 4 und Kap. 8).

Abbildung 9.24 zeigt die Çkologische Bedeutung der einzelnen Inhaltsstoffe noch einmal zusammenfassend. Dieser berblick stellt notwendigerweise eine starke Vereinfachung der Problematik dar, denn bei Aussagen zur Umweltbelastung der einzelnen Waschmittelinhaltsstoffe sind sehr viele Aspekte zu berÅcksichtigen, die in den entsprechenden Kapiteln dieses Buches Åber die Çkologischen Auswirkungen der Inhaltsstoffe genauer ausgefÅhrt sind.

262

9 kologie der Waschmittel

Abb. 9.24

Die Çkologische Bedeutung wichtiger Waschmittelinhaltsstoffe im berblick.

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263

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10.1 Was sind kobilanzen?

265

10
kobilanzen

In den 1980er Jahren begann sich, gefÇrdert durch ein steigendes Umweltbewusstsein in Gesellschaft und Wirtschaft, ein wichtiges Hilfsmittel zur Erfassung der Umwelteinwirkungen von Produkten und Serviceleistungen zu entwickeln –
die kobilanz oder englisch Life Cycle Assessment, LCA.

10.1

Was sind kobilanzen?

kobilanzen unterscheiden sich anhand ihrer Systemgrenzen, d. h. des Umfangs der Betrachtung. So befasst sich die umweltÇkonomische Gesamtrechnung mit einer gesamten Volkswirtschaft, eine firmen- oder standortbezogene kobilanz betrachtet die Vorgnge innerhalb der Grenzen einer Firma oder eines Betriebs (gate to gate) und die produktbezogene kobilanz erfasst die Auswirkungen eines Produktes, einer Dienstleistung oder Systems auf die Umwelt Åber den gesamten Lebensweg, also „von der Wiege bis zur Bahre“. Der englische Ausdruck Life Cycle Assessment, wÇrtlich Åbersetzt: Lebenszyklus-Abschtzung oder

-bewertung, verdeutlicht dies noch besser. Im Folgenden werden nur diese sog.

Produkt-kobilanzen betrachtet.

Die Betrachtung des Lebensweges von der Wiege bis zur Bahre beginnt bei der Entnahme von Rohstoffen aus der Natur, z. B. PalmfrÅchten, Mineralien oder RohÇl, und endet mit der RÅckgabe von Stoffen (Emissionen in Luft, Wasser, Erde) oder sonstiger Freisetzungen an die Umwelt. Zwischen diesen beiden Eck-punkten werden alle Maßnahmen wie FÇrderung der Rohstoffe, Herstellung von Zwischen- und Endprodukten, Verpackungen, Transport aller beteiligten Stoffe sowie der dafÅr notwendige Energiebedarf und die entstehenden Emissionen und Abflle berechnet. Die quantitative Erfassung dieser Stoffe stellt die Grundlage zur Beurteilung der umweltrelevanten Auswirkungen des Produktes bzw.

Systems. Dazu kÇnnen auch UmwelteinflÅsse wie z. B. Lrm, Flchennutzung und Wrmeemissionen gehÇren.

Abbildung 10.1 illustriert die Grenzen einer solchen kobilanz. Diese Systemgrenzen kÇnnen bei komplexen Produkten, dazu gehÇren auch Waschmittel, weite Teile der Erde umfassen. Selbst bei Betrachtung eines beispielsweise in Waschmittel. GÅnter Wagner

Copyright c 2010 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

ISBN: 978-3-527-32678-5

266

10 kobilanzen

Abb. 10.1

Systemgrenzen einer kobilanz.

Deutschland hergestellten Waschmittels mÅssen weltweite Informationen ermittelt und einbezogen werden, wie z. B. Daten aus Australien (Bauxit), Malaysia oder Indonesien (PalmkernÇl) und Deutschland (Steinsalz).

Die Erstellung einer kobilanz ist ein iterativer Prozess, der aus vier Schritten besteht:

x Bestimmung des Ziels und der Grenzen der Untersuchung;
x Erfassung der involvierten Stoffe und Energien (Sachbilanz);
x Abschtzung der Umweltwirkungen;
x Bewerten der Ergebnisse.

Abb. 10.2

Bestandteile einer kobilanz (nach ISO 14040).

10.2 Was kÇnnen kobilanzen leisten?

267

Im Laufe der Untersuchungen kÇnnen Ereignisse eintreten, die Anpassungen in den einzelnen Teilbereichen zur Erreichung des Ziels erforderlich machen. Abbildung 10.2 verdeutlicht den Inhalt einer kobilanz.

10.2

Was kÇnnen kobilanzen leisten?

Durch die ganzheitliche Betrachtungsweise von kobilanzen ist es mÇglich, die Auswirkungen des untersuchten Produktes oder Systems auf die Umwelt Åber dessen gesamten Lebensweg zu erhalten. Besonders umweltbelastende Phasen kÇnnen so erkannt und gezielt optimiert werden. Durch diese Betrachtungsweise wird auch verhindert, dass aufgrund von Verschiebung von z. B. Produktions-schritten in andere Lebenswegphasen Fehlinterpretationen entstehen.

Entscheidungsprozesse sind dagegen kein Bestandteil von kobilanzen, gleich-wohl kÇnnen Erkenntnisse aus kobilanzen eine Basis hierfÅr liefern und u. U.

zusammen mit anderen Çkologischen Instrumenten, z. B. Risk Assessment, Basis fÅr politische, betriebs- und volkswirtschaftliche Entscheidungen sein.

Selbstverstndlich kÇnnen solche Entscheidungen nicht allein aus Çkologischer Sicht getroffen werden. Nach der 1992 in Rio weltweit gestarteten Initiative „Sustainable Development“ (Nachhaltige Entwicklung) sind noch weitere Gesichtspunkte zu berÅcksichtigen. Nachhaltig ist eine Entwicklung, wenn sie, so die Definition, „... den BedÅrfnissen der heutigen Generation entspricht, ohne die MÇglichkeiten kÅnftiger Generationen zu gefhrden, ihre eigenen BedÅrfnisse zu befriedigen und ihren Lebensstil zu whlen“ [1]. Daraus ergibt sich, dass neben den Çkologischen Gesichtspunkten auch Çkonomische und soziale Aspekte eine ebenso wichtige Rolle spielen. Es ist auch mÇglich, im Rahmen von kobilanzen Çkonomische und soziale Aspekte mit einzubeziehen und damit auch in hnlicher Weise die betreffenden Aussagen zu erhalten.

kobilanzen im hier beschriebenen Sinn untersuchen nicht ein einzelnes Produkt, sondern das komplette Systeme, in dem dieses zur Anwendung kommt.

Beim huslichen Waschen von Wsche z. B. wird das gesamte System von Roh-stoffgewinnung Åber Waschmittelproduktion, das Waschen der Wsche in der Maschine bis zum Trocknen und Entsorgen der Verpackung und des Behandeln des Abwassers in der Klranlage sowie alle Transporte innerhalb dieses Lebensweges untersucht. Die Betrachtung des Waschmittels alleine wre nicht nur weniger aussagekrftig, sondern evtl. sogar irrefÅhrend.

Ein Beispiel hierzu: Betrachtet man nur die Herstellung eines Waschmittels aus seinen Inhaltsstoffen, so kommt man bei der konventionellen Herstellung Åber SprÅhtÅrme zu einem bestimmten relativ hohen Energiebedarf. Verglichen mit der Herstellung eines Waschmittel aus vorgetrockneten Inhaltsstoffen, die nur noch gemischt werden, ergeben sich erhebliche Einsparungen im Energiebedarf von bis zu 80 %. Erweitert man jedoch die Systemgrenzen und bezieht die Herstellung der Inhaltsstoffe mit ein, verschwindet dieser „Vorteil“ wieder, da die Energie in der Vorkette beim Trocknen der Ausgangsstoffe benÇtigt wird.

268

10 kobilanzen

Die Ergebnisse einer kobilanz zu einem einzelnen Wert zusammenzufassen und dann evtl. Vergleiche mit anderen Berechnungen anzustellen und das eine

„besser“ als das andere einzustufen, ist jedoch nicht mÇglich. Die erforderlichen Beurteilungsverfahren beinhalten subjektive Bewertungsmaßstbe, die bei der Darstellung der Endergebnisse verloren gingen. kobilanzen sollen hingegen ein Verstndnis dafÅr vermitteln, welche Einwirkungen auf Mensch und Umwelt mit dem untersuchten System verbunden sind. Sie soll die Vor- und Nachteile eventueller Alternativen gegenÅberstellen.

10.3

DIN/EN/ISO-Normen

FÅr die Akzeptanz von kobilanzergebnissen und zur Vermeidung von Diskus-sionen aufgrund unterschiedlicher Auslegungen ist es erforderlich, dass kobilanzen bestimmten festgelegten Anforderungen genÅgen

Einheitliche Standards wurden gefordert und schließlich mit der Normenreihe ISO 14040 ff [2, 3] auch geschaffen. Diese Normen beschreiben, nach welchen Regeln kobilanzen durchzufÅhren sind, was sie enthalten mÅssen, was zu pub-lizieren ist und die Art, wie dies zu erfolgen hat. Eine wichtige Forderung ist es auch, ein Critical Review durchfÅhren zu lassen. Dabei wird die kobilanz durch einen oder mehrere unabhngige Experten ÅberprÅft, die die Konformitt der Untersuchung mit den Normen beurteilen. Die in den Normen festgeschriebe-nen Regeln sind flexibel genug, um kobilanzen auf den verschiedensten Gebieten anwenden zu kÇnnen, aber trotzdem ausreichende Transparenz und Akzeptanz zu gewhrleisten.

10.4

Wer fÅhrt kobilanzen durch?

kobilanzen werden aus unterschiedlichen GrÅnden und von unterschiedlichen Kreisen durchgefÅhrt. Unternehmen zum Beispiel erstellen kobilanzen, um Umweltauswirkungen ihrer Produkte zu erfassen, Optimierungsbedarf zu ermitteln und nicht zuletzt, durch Lokalisieren von Schwachstellen, z. B. im Energieverbrauch oder beim Abfall, Kosten zu sparen. Oft werden kobilanzen schon whrend der Entwicklungsphase eingesetzt, um neue Produkte umweltfreundli-cher zu entwickeln.

Staatliche und andere Çffentliche Institutionen nutzen kobilanzen als Grundlage fÅr Entscheidungen im Umweltbereich oder zur Information der ffentlichkeit. Ein Beispiel hierfÅr ist die kobilanz des Umweltbundesamtes zu Getrnkeverpackungen [4].

Unternehmen oder auch Çffentliche Stellen, die selbst keine kobilanzen erstellen kÇnnen, beauftragen hufig darauf spezialisierte Institute oder Consul-

10.5 Grundlagen zum Erstellen von kobilanzen

269
tants mit dieser Aufgabe. Solche Consultants kÇnnen auch bei der Behandlung vertraulicher Daten in Anspruch genommen werden. Je nach Auftrag erstellen sie entweder kumulierte Datenstze von einem Prozess oder kÇnnen auch vertrauliche Daten verschiedener Hersteller zu anonymisierten Mittelwerten zusammenfassen und Dritten zur VerfÅgung stellen.

10.5

Grundlagen zum Erstellen von kobilanzen

10.5.1

Bestimmung von Ziel und Untersuchungsrahmen einer kobilanz

Zu Beginn einer kobilanz-Studie mÅssen die in den Normen geforderten Festlegungen getroffen werden. So mÅssen natÅrlich das Ziel der Studie, der Grund fÅr die DurchfÅhrung, die „Funktion“, die „Funktionelle Einheit“ und die erwar-teten Informationen festgelegt werden. Durch den Untersuchungsrahmen wird bestimmt, was in die Studie einbezogen werden soll. Neben anderem muss die Art der Dokumentation und die Darstellung der Ergebnisse definiert werden.

Schließlich ist zu bestimmen, durch wen die Qualitt der Studie ÅberprÅft werden soll (Critical Review).

nderungen dieser Festlegungen kÇnnen im Laufe der Untersuchungen durch nicht vorhersehbare Ereignisse erforderlich werden. Sie mÅssen jedoch umfassend begrÅndet und dokumentiert werden.

10.5.2

Sachbilanz (Dateninventar)

Mit der wichtigste Schritt einer kobilanz ist die Erstellung der Sachbilanz oder des Dateninventars (engl.: Life Cycle Inventory, LCI). Das ist die Beschaffung aller erforderlichen Daten, Åber Energie- und Rohstoffanforderungen, Emissionen in die Luft und das Wasser, Abflle und andere Freisetzungen Åber den gesamten Lebensweg des Produktes bzw. Prozesses. Das Dateninventar bildet die Grundlage fÅr die weiteren Schritte der kobilanz. Bedingt durch stndige Vernderungen und Optimierungen technischer und organisatorischer Prozesse, kÇnnen hochwertige Daten nur in seltenen Fllen der Literatur entnommen werden. Allerdings gibt es mittlerweile Datenbanken, die hochwertige und vor allem anerkannte Datenstze von Rohstoffen, chemischen Produkten, zur Bereitstellung von Energien, Abfallbehandlung u. v. m. enthalten (z. B. ecoinvent von der Eidge-nÇssischen Technischen Hochschule ZÅrich in Zusammenarbeit mit anderen In-stituten [5]). Diese Datenbanken werden den Anwendern gegen Bezahlung zur VerfÅgung gestellt und in Abstnden aktualisiert. Oftmals erschweren auch Fragen der Vertraulichkeit die Datenerfassung, z. B. bei Anfragen an Hersteller oder Dienstleister. Das Erstellen der Sachbilanz ist meist die zeitintensivste Phase einer kobilanz.

270

10 kobilanzen

Das Resultat dieser kobilanzphase ist eine Auflistung der Rohstoffe, die der Natur entnommen wurden, der Emissionen, die zurÅck in die Umwelt gelangen und der Energien, die Åber den gesamten Lebensweg des betrachteten Systems benÇtigt werden. Aber auch Flchennutzung und -umwandlungen sind mit zu berÅcksichtigen. Alle Ergebnisse werden auf die zuvor definierte „Funktionelle Einheit“ bezogen. Als Beispiel wÅrde im Falle des Systems Waschen die Funktionelle Einheit ein Waschgang sein, bzw. die in einem Waschgang zu reinigende Wschemenge.

10.5.3

Wirkungsabschtzung

Die Wirkungsabschtzung ist eine Abschtzung der potentiellen Einwirkungen auf Mensch und Umwelt resultierend aus den im Dateninventar identifizierten Emissionen und dem Bedarf an Energie und Rohstoffen. Sie stellt die Verbindung zwischen dem Prozess oder Produkt und den potentiellen UmwelteinflÅssen her. Anhand des Dateninventars kÇnnen zwar auch RÅckschlÅsse auf Umweltwirkungen gezogen werden, die sich aber u. U. schwierig durchfÅhren lassen, da je nach Datenlage einige hundert StoffflÅsse auf der In- bzw. Outseite stehen kÇnnen. Die Wirkungsabschtzung stellt daher die przisere Basis da. Sie berÅcksichtigt den unterschiedlich starken Einfluss verschiedener Emissionen auf die gleiche Umweltwirkung, in dem sie die Menge der Emissionen mit einem sog. Charakterisierungsfaktor (Abb. 10.3 und Abb. 10.4) multipliziert und dann aufsummiert.

In der Literatur sind verschiedene wissenschaftlich anerkannte Modelle zur Wirkungsabschtzung beschrieben [6–9].

Abb. 10.3

Emissionen und Wirkungskategorien.

10.5 Grundlagen zum Erstellen von kobilanzen

271

Abb. 10.4

Beispielrechnung fÅr globale Erwrmung.

Die verbindlich vorgeschriebenen Bestandteile einer Wirkungsabschtzung sind:

x Auswahl von Wirkungskategorien, Wirkungsindikatoren und Charakterisierungs-modell: Kategorien mit bestimmten Auswirkungen auf die Umwelt, die
menschliche Gesundheit o. . werden festgelegt. Beispiele fÅr allgemein verwendete Kategorien sind Klimanderungen (globale Erwrmung), Versaue-
rungspotential (saurer Regen), Eutrophierung (ÅberdÅngte Gewsser) und Ozonbildungspotential (Sommersmog). Das Charakterisierungsmodel setzt die Sachbilanzergebnisse in Beziehung zu den Wirkungsindikatoren. In den meisten Fllen kann auf existierende Modelle zurÅckgegriffen werden.

x Zuordnung der Sachbilanzergebnisse (Klassifizierung): Die Klassifizierung ordnet die im Dateninventar ermittelten Ergebnisse den Wirkungskategorien zu, z. B.

Kohlendioxid zur Kategorie Globale Erwrmung oder Schwefeloxide zu Kategorie Versauerungspotenzial. Verschiedene Emissionen kÇnnen auch mehreren Kategorien zugeordnet werden, so tragen z. B. Stickstoffoxide sowohl zum Versauerungspotenzial als auch zum Eutrophierungspotenzial bei. In Abb. 10.3
sind einige hufig verwendete Kategorien und die dort zugeordneten Emissionen aufgelistet.

x Berechnung der Wirkungsindikatorergebnisse (Charakterisierung): Die Charakterisierung nutzt wissenschaftlich basierte Umrechnungsfaktoren, sog. Charakte-risierungsfaktoren, um die Ergebnisse der Dateninventare in Daten mit einer gemeinsamen Einheit g-qivalente oder kg-quivalente umzurechnen. Mit Hilfe dieser Faktoren werden die unterschiedlichen Wirkungen einzelner Emissionen innerhalb einer Wirkungskategorie, z. B. die globale Erwrmung, zu einem Indikatorergebnis, z. B. CO2-quivalente, zusammengefasst, das dann ein Maß fÅr die Umwelteinwirkung ist.

In letzter Zeit werden, besonders durch die großen Einzelhandelsketten im In-und Ausland getrieben, sogenannte „Carbon Footprints“ (s. Kap. 11.4.3) zur Kennzeichnungen von Produkten und Dienstleistungen gefordert. Damit soll der Einfluss dieser Produkte auf die Erderwrmung beschrieben werden. Im Grunde handelt es sich um das in einer LCA ermittelte Global Warming Poten-

272

10 kobilanzen
tial. Allerdings besteht zurzeit noch keine einheitliche Meinung Åber die Rahmenbedingungen zur Berechnung dieses Wertes. Es sind Normungsaktivitten im Gange, die darauf hinaus laufen mÅssen, dass der Carbon Footprint eine kobilanz darstellt, die sich allerdings nur auf eine Wirkungskategorie, das Global Warming Potential, bezieht. Hier sind auch Fehlinterpretationen, hnlich den oben beschriebenen, zu vermeiden.

10.5.4

Auswertung und Kritische PrÅfung

Die Auswertung stellt die Endphase einer kobilanz dar. Sie ÅberprÅft die Ergebnisse der Sachbilanz und der Wirkungsabschtzung auf bereinstimmung mit dem Ziel und dem Untersuchungsrahmen der kobilanz, diskutiert und fasst sie zusammen als Basis fÅr Schlussfolgerungen, Empfehlungen und Entschei-dungshilfen. Aufgabe der Auswertung ist es auch eine leicht verstndliche, vollstndige und schlÅssige Darstellung der Ergebnisse zu liefern.

Bei der Auswertung einer kobilanz werden zunchst die Faktoren identifiziert, z. B. Emissionen, Abfall oder Energiebedarf, die den grÇßten Beitrag zum Ergebnis geleistet haben. Dann wird beurteilt, ob alle benÇtigten Daten und Informationen vollstndig zur VerfÅgung standen, wie zuverlssig die Daten sind und in wie weit sie durch Fehler in der Sachbilanz oder bei Berechnungen beeinflusst werden kÇnnen. Die KonsistenzprÅfung ÅberprÅft, ob die getroffenen Annahmen, die verwendeten Methoden und die Daten mit den Zielen und Untersuchungsrahmen der Studie Åbereinstimmen. Und schließlich werden Schlussfolgerungen und Empfehlungen fÅr die Zielgruppe der kobilanzstudie erstellt.

Die zu erstellende Dokumentation muss alle Ergebnisse der kobilanz, das Dateninventar, die Methoden der Berechnungen und der Wirkungsabschtzung sowie alle getroffenen Annahmen und Einschrnkungen transparent und ausfÅhrlich darlegen und den Bericht der Kritischen PrÅfung enthalten.

Die Kritische PrÅfung, als wesentliche Anforderung der o. g. Normen, wird durch unabhngige und nicht an der Studie beteiligte Sachverstndige durchgefÅhrt. Sie erstellen einen Bericht, zu dem der Ersteller der kobilanz Stellung nehmen kann. Unter anderem muss geprÅft werden, ob die angewendeten Methoden der Norm und dem Stand der Technik entsprechen, die Daten in Bezug auf das Ziel ausreichend und zweckmßig sind und die getroffenen Annahmen und Einschrnkungen in der Auswertung berÅcksichtigt sind. Gegebenenfalls ist eine berarbeitung der Studie erforderlich.

Sollen in einer kobilanz Vergleiche durchgefÅhrt werden, so ist eine Kritische PrÅfung unabdingbar.

10.6 kobilanz des Waschens

273

10.6
kobilanz des Waschens

Von einer Arbeitsgruppe des europischen Waschmittelverbandes A.I.S.E. (Association Internationale de la Savonnerie, de la Dtergence et des Produits d’Entretien) wurde eine Studie Åber das husliche Wschewaschen erstellt [10]. Sie soll als Beispiel fÅr die praktische Anwendung der zuvor beschriebenen Theorie betrachtet werden. Die umfangreichen Ergebnisse der vierteiligen Untersuchung kÇnnen hier allerdings nur stark verkÅrzt und zusammengefasst dargestellt werden. Das Ziel der Studie war es, der europischen Waschmittelindustrie eine umfassende und reprsentative kobilanz zum Thema Waschen anhand zu geben.

Die gesamte Komplexitt des Systems Waschen abzubilden, ist an dieser Stelle nicht mÇglich. Wie komplex allein die Herstellung eines Waschmittels ist, zeigt das Materialflussbild nur einiger ausgewhlter Waschmittelrohstoffe in Abb. 10.5.

Definition von Ziel und Betrachtungsgrenzen

Die vier Teile der oben genannten Studie beschreiben das gesamte System „Waschen huslicher Wsche“ von der Produktion der Rohstoffe, der Herstellung von Waschmittel und WeichspÅler incl. Verpackung, Åber das Waschen, Trocknen und BÅgeln der Wsche. In Abb. 10.6 sind die Grenzen des untersuchten Systems in vereinfachter Form dargestellt.

Die Industrieanlagen und die entsprechende Infrastruktur wurden in der Studie nicht berÅcksichtigt. Der Anteil an UmwelteinflÅssen dieser Anlagen, der auf einen Waschgang angerechnet werden mÅsste, ist vernachlssigbar gering.

Auch die Herstellung und Entsorgung von Waschmaschine, Trockner und BÅ-
geleisen wurde nicht berÅcksichtigt, da dies aufgrund der relativ hohen Lebensdauer der Gerte im Verhltnis zu den Aufwendungen in der Gebrauchsphase von untergeordneter Bedeutung ist. Dies zeigt auch die Studie, die im Zusammenhang mit dem europischen Umweltzeichen erstellt wurde [11]. Die Analyse des europischen Marktes ergab, dass mehr als 95 % der Åber den Lebensweg be-nÇtigten Energie bei dem Betrieb der Maschine, d. h. fÅr das Waschen der W-
sche, verwendet werden. Knapp 5 % entfallen auf Produktion, Vertrieb und Entsorgung (Abb. 10.7) Auch die Emissionen, da im Wesentlichen energiebedingt, verteilen sich entsprechend auf die dargestellten Lebenswegschritte. Bei den Emissionen in Wasser und Luft liegen die Werte sogar noch hÇher. Diesen Werten ist eine 14jhrige Nutzungsdauer der Maschinen zugrunde gelegt.

Dateninventar

Zur Berechnung des Dateninventars des Waschmittels wurden die Daten der drei 1998 in Deutschland marktfÅhrenden Superkompaktwaschmittel Persil Megaperls (Henkel KGaA), Sunil (Unilever) und Ariel Future (Procter & Gamble) sowie die WeichspÅler Vernel (Henkel KGaA), Kuschelweich (Unilever) und Lenor (Procter & Gamble) incl. Verpackung und Transport verwendet. Die von den drei beteiligten Firmen fÅr ihre Produkte individuell berechneten Daten wurden gemittelt und als industrieller Durchschnitt fÅr weitere Berechnungen einge-

274

10 kobilanzen

Abb. 10.5

Vereinfachtes Materialflussbild zur Herstellung eines Vollwaschmittels.

10.6 kobilanz des Waschens

275

Abb. 10.6

Systemgrenzen einer kobilanz des Waschens.

Abb. 10.7

Energiebedarf einer Waschmaschine Åber den gesamten Lebensweg (in % der Gesamtenergie).

276

10 kobilanzen
setzt. Die Daten des Waschprozesses (Stromverbrauch, Temperatur) wurden dem Bericht der A.I.S.E. [12] entnommen. Als Transportleistung vom Hersteller zum Handel wurden 300 km Bahn- und 360 km Straßentransport zugrunde gelegt.

Die Daten reprsentieren die Situation in Deutschland von 1998. In Abb. 10.8

Abb. 10.8

Rahmenbedingungen fÅr eine kobilanz des Waschens

Abb. 10.9

Energiebedarf pro Waschgang

10.6 kobilanz des Waschens

277
sind die in der A.I.S.E.-Studie verwendeten Rahmenbedingungen zusammengefasst.

Der sich aus den Berechnungen ergebende Energiebedarf bezogen auf einen Waschgang in Megajoule (MJ) ist fÅr die einzelnen Lebenswegschritte in Abb.

10.9 wiedergegeben.

Die Berechnungen identifizieren die Schritte Waschen, elektrisches Trocknen und BÅgeln eindeutig als diejenigen mit dem grÇßten Energiebedarf. Da die Luftemissionen weitgehend durch die Energiebereitstellung verursacht werden, wÅrde deren Darstellung in einem Diagramm hnlich aussehen.

Anders ist es bei den Wasseremissionen. Wie anhand einiger ausgewhlter Emissionen in Abb. 10.10 ersichtlich, liegt der Schwerpunkt hier hauptschlich bei den Emissionen der Rohstoffherstellung und der Klranlage. Die Emissionen beim Waschen, Trocknen und BÅgeln entstehen durch die Energieproduktion in den Kraftwerken.

Eine etwas detailliertere Darstellung zeigt Abb. 10.11. Dort sind die Lebenswegschritte des Waschmittels incl. Waschen bis zur Klranlage und MÅlldeponie anhand beispielhafter Umweltbelastungen aufgegliedert und deren Beitrge prozentual dargestellt.

Deutlich zeigt sich auch hier, dass die Gebrauchsphase, also das Waschen, die grÇßten EinflÅsse ausÅbt. Der Anteil am Gesamtenergiebedarf betrgt hier ca.

76 %, wenn man elektrisches Trocknen und BÅgeln nicht mit einberechnet. Daraus resultieren auch die hohen Anteile an der Luftbelastung (CO2-Emissionen durch fossile Brennstoffe) und dem Abfall (Kraftwerks-Aschen). Der hohe Prozentsatz der durch die Klranlage verursachten Wasserbelastung erklrt sich dadurch, dass das Waschmittel nach dem Gebrauch vollstndig Åber die Kanalisation in die Klranlage gelangt, dort zum Åberwiegenden Teil abgebaut wird und die Reste dann in das Wasser gelangen. Die absoluten Mengen sind wesentlich geringer als anhand des prozentualen Anteils vermutet werden kÇnnte.

Abb. 10.10

Wasseremissionen pro Waschgang. Die Emissionen von Waschmittel und

WeichspÅler beziehen sich auf den gesamten Lebensweg der Produkte [10].

278

10 kobilanzen

Abb. 10.11

Prozentuale Umweltauswirkungen bezogen auf den gesamten Lebensweg des Waschmittels.

Auswertung

Die hier dargestellte Untersuchung ist zwar lteren Datums, aber die Erkenntnisse daraus sind immer noch gÅltig, auch wenn sich inzwischen nderungen, z. B. bei der Dosierung, ergeben haben.

Die Ergebnisse der Wirkungsabschtzung sind hnlich denen des Dateninventars. Der prozentuale Beitrag der einzelnen Lebenswegschritte zu den Umweltauswirkungen ist aus der Abb. 10.12 zu ersehen. Einwirkungen im Zusammenhang mit dem Treibhauseffekt (GWP), dem „Sauren Regen“ (AP) und dem Sommersmog (POCP) werden vorwiegend durch die Lebenswegschritte verursacht, welche die meiste Energie benÇtigen, also Waschen, BÅgeln und Trocknen. Die
berdÅngung von FlÅssen und Seen (NP) ist zu etwa gleichen Teilen durch die Produkte (Waschmittel, WeichspÅler) und durch den Energiebedarf bedingt.

Die kobilanzstudie zeigt deutlich, dass die meisten Umwelteinwirkungen durch die Nutzungsphase und die nachfolgenden Schritte verursacht werden.

Selbst ein vÇlliger Verzicht auf Waschmittel und WeichspÅler wÅrde die Wirkung z. B. auf den Treibhauseffekt um maximal 7 % verringern. Beim Sauren Regen und Sommersmog sieht es hnlich aus.

Will man nicht auf das elektrische Trocknen verzichten, ist die Verringerung des Energiebedarfs beim Waschen der aussichtsreichste Ansatzpunkt fÅr die Reduktion der UmwelteinflÅsse, z. B. durch Erniedrigung der Waschtemperatur. Mit

10.6 kobilanz des Waschens

279

Abb. 10.12

Prozentuale Verteilung der Umweltauswirkungen beim Waschen, Trocknen und BÅgeln.

modernen, energieeffizienten Waschmaschinen und geringerer Waschtemperatur lsst sich der Energiebedarf und damit auch die Luftemissionen bei gleicher Waschleistung auf ein Viertel reduzieren, von 4,3 kWh (1970, 90 hC-Waschgang) auf 0,95 kWh (2005, 60 hC-Waschgang) (vgl. auch Abb. 1.22).

Durch den Einsatz leistungsfhiger Waschmittel ist es heute sogar mÇglich Waschtemperaturen von 40 hC und niedriger zu verwenden. Die daraus resultierenden Einsparungen z. B. beim Global Warming Potential sind in Abb. 10.13 zu ersehen. Waschmaschinen mit hÇherer Schleuderdrehzahl verringern das Rest-wasser in der Wsche und damit auch den Energiebedarf des Trockners.

Keinen WeichspÅler zu verwenden hat dagegen nur geringen Einfluss auf die Umweltauswirkungen (ca. 1–2 % beim Treibhauseffekt, ca. 7 % der Wasseremissionen). Trotzdem werden WeichspÅler oft als unnÇtige Umweltbelastung und sogar schdlich fÅr die Haut angesehen (vgl. Kap. 8.5). Die zustzlichen Belastungen durch den WeichspÅler liegen, je nach Verbraucherverhalten, in der GrÇßenordnung der Umweltentlastungen, die durch Verringerung des WasserrÅckhalte-vermÇgens und geringerer Knitterneigung der Wsche als Energieeinsparungen beim Trocknen und BÅgeln erzielt werden kÇnnen [17–19].

280

10 kobilanzen

Abb. 10.13

Global Warming Potential der Nutzungsphase bei verschiedenen Wasch-
temperaturen.

Eine herausragende Rolle spielt natÅrlich das Verbraucherverhalten. Alle oben aufgefÅhrten VerbesserungsmÇglichkeiten sind wirkungslos, wenn sie nicht entsprechend angewandt werden. Aus diesem Grund ist es von besonderer Bedeutung, die bei dieser Untersuchung ermittelten Schwachpunkte auf dem Lebensweg des Wschewaschens zu kommunizieren. Das fÅhrte z. B. zur EinfÅhrung des A.I.S.E. Code of Good Environmental Practice [20], der mit der Aktion

„Wash right“ gezielte Anweisungen zur Verringerung der Umweltbelastungen gab. Auch das Forum Waschen [21], eine Initiative des Industrieverbands KÇrperpflege- und Waschmittel (IKW), informiert u. a. regelmßig an „Tagen des nachhaltigen (Ab)waschens“ Åber die MÇglichkeiten umweltbewusster zu waschen (s. Kap. 11.2).

Literatur

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5 The ecoinvent Database,
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2 DIN EN ISO 14040, Umweltmanagement –

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kobilanz – Grundstze und Rahmenbe-

Bd. 2 Background, Centrum voor Milieu-
dingungen, Beuth-Verlag, 2006.

kunde (CML), Leiden, 1992.

3 DIN EN ISO 14044, Umweltmanagement –

7 Umweltbundesamt (Hrsg.): Bewertung
kobilanz – Anforderungen und Anleitun-
von kobilanzen, UBA-Texte 92/99.

gen, Beuth-Verlag, 2006.

8 Goedkoop, M. and Spriensma, R.: The

4 Umweltbundesamt, kobilanz fÅr Ge-

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trnkeverpackungen, 36/2000, 37/2000.

foort, April 2000.

Literatur

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16 Mance, G.: Influent and river quality,

Climate Change), Fourth Assessment

J. IWEM, 7 (1993) 592–598.

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17 Puchta, R., Kings, P., Wilsch-Irrgang, A.:

10 A.I.S.E., The Life cycle assessment of

Hauswirtschaft und Wissenschaft 2/1994,

European clothes laundering, Part 1–4.

70–75.

11 PA Consulting, Eco labelling criteria for

18 Francis, T. T.: Fabric conditioners, Vortrag
washing machines. UK Ecolabelling

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Board, London 1992.

19 Forum Waschen: WeichspÅler – Fakten,

12 A.I.S.E., 1998 Annual Review, BrÅssel.

pro und contra, www.forum-waschen.de

13 Mitteilungen der AISE und CECED

(aufgerufen 08/2009).

(European Committee of Domestic

20 A.I.S.E. Code of Good Environmental

Equipment Manufacturers).

Practice, www.washright.com/uk/

14 ko-Institut, Freiburg, Produktlinienana-
who.html.

lyse von Wsche und WeichspÅler, 2000.

21 Forum Waschen, www.forum-waschen.de.

15 Informationen aus der AISE-Datenbank

Åber Abfallbehandlung in europischen

Lndern.

11.1 Allgemeine Betrachtungen

283

11

Waschmittel und Nachhaltigkeit

11.1

Allgemeine Betrachtungen

Sptestens seit Ende der achtziger Jahre ist ins Bewusstsein gerÅckt, dass wir erstmals in der Geschichte der Menschheit in globale Stoffkreislufe eingreifen und wir dadurch die Umweltbedingungen unseres Planeten mÇglicherweise weltweit verndern werden. Ursachen dafÅr sind die starke Zunahme der ErdbevÇlkerung in den letzten fÅnfzig Jahren, unsere heutigen technischen MÇglichkeiten und eine energie- und ressourcenintensive Lebensweise in den Industrielndern.

Um diesen globalen Herausforderungen zu begegnen, ist ein neues Leitbild entstanden: Die Nachhaltige Entwicklung. Der Begriff Nachhaltigkeit wurde in diesem Zusammenhang zum ersten Mal Ende der achtziger Jahre von der sogenannten Brundtland-Kommission der Vereinten Nationen beschrieben als wirtschaftliche Entwicklung, bei der die folgenden Generationen die gleichen Chancen zur Entwicklung besitzen mÅssen, wie die lebende Generation – oder anders ausgedrÅckt: Eine nachhaltige Entwicklung bedeutet, dass die BedÅrfnisse der heutigen Generation befriedigt werden kÇnnen, ohne die BedÅrfnisse zukÅnftiger Generation zu gefhrden.

Der Ursprung des Begriffs Nachhaltigkeit liegt in der Waldwirtschaft. Bis in die frÅhe Neuzeit war Holz einer der wichtigsten Rohstoffe und fast die einzige Energiequelle. Die daraus resultierende bernutzung fÅhrte zu einem starken RÅckgang der Wlder. Vor diesem Hintergrund regte Hans Carl von Carlowitz 1713 in seinem Buch „Sylvicultura oeconomica“ an, nur noch so viel Holz einzuschlagen, wie auch auf natÅrlichen Wege nachwchst. Mit anderen Worten: Nur die Ertrge der Wlder sollten genutzt werden, nicht aber deren Substanz. Nur so ist sichergestellt, dass auch sptere Generationen den Wald und seine Ertrge nutzen kÇnnen.

2010 leben Åber 6,8 Milliarden Menschen auf der Erde und bis zum Jahr 2050
wird die WeltbevÇlkerung auf bis zu 9 Milliarden Menschen ansteigen. Vor diesem Hintergrund ist ein nachhaltiger – oder mit anderen Worten: verantwor-tungsvoller – Umgang mit den Ressourcen der Erde unabdingbar. Um noch einmal Hans Carl von Carlowitz zu zitieren: Der Mensch kann niemals „wider die Natur handeln“ sondern er muss „mit ihr agiren“.

Waschmittel. GÅnter Wagner

Copyright c 2010 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

ISBN: 978-3-527-32678-5

284

11 Waschmittel und Nachhaltigkeit

Abb. 11.1

Dimensionen der Nachhaltigkeit.

Es gilt, konkrete Antworten auf die neuen Herausforderungen einer sich immer schneller verndernden Welt zu finden und die Çkologischen Herausforderungen mit wirtschaftlichen Interessen und sozialer Verantwortung zu verbinden. Das Leitbild einer nachhaltigen Entwicklung geht damit weit Åber die Um-weltproblematik hinaus. Die drei tragenden Sulen der Nachhaltigkeit sind deshalb gleichermaßen kologie, konomie und soziale Verantwortung mit den folgenden Zielsetzungen (Abb. 11.1):

1. kologie:

Erhaltung der natÅrlichen Lebensgrundlagen (Luft, Wasser, Boden), des Arten-reichtums der Lebewesen (Biodiversitt) sowie Schutz der Umwelt insgesamt.

2. konomie:

Aufrechterhaltung und Stabilisierung einer Wirtschaftsordnung, die die Menschen mit allen notwendigen und nachgefragten GÅtern und Dienstleistungen versorgen kann. Dazu gehÇrt als Zielsetzung auch die Produktion von GÅtern und Dienstleistungen mit mÇglichst geringem Energie- und Ressourceneinsatz sowie Strkung der Innovationskraft der Wirtschaft und der dort ttigen Menschen in die Richtung, effizient mit den begrenzten Ressourcen dieser Welt umzugehen und eine Weiterentwicklung zu ermÇglichen.

3. Soziale Verantwortung:

Wahrung der menschlichen Identitt im sozialen und kulturellen Bereich.

Dazu gehÇrt als Zielvorstellung u. a. auch, allen Menschen einen angemesse-nen Lebensstandard zu ermÇglichen, ihre persÇnlichen und kulturellen GrundbedÅrfnisse zu berÅcksichtigen und sie an den MÇglichkeiten und Chancen unserer heutigen Welt teilhaben zu lassen.

Ausgehend von diesen Zielsetzungen lassen sich Strategien zur Umsetzung einer nachhaltigen Entwicklung formulieren, die nach MÇglichkeit alle Bereiche unserer Gesellschaft durchdringen mÅssen, wenn sie erfolgreich sein sollen [1, 2]:

11.2 FORUM WASCHEN – eine Initiative zum nachhaltigen Waschen 285
x ErhÇhung der Stoff- und Energieeffizienz;
x Schließung von Stoffkreislufen;
x ressourcen- und umweltschonende Innovationen;
x umweltbewusster Lebensstil.

Bei der Umsetzung einer nachhaltigen Entwicklung stehen wir noch am Anfang.

Es gilt mehrere Schwierigkeiten zu Åberwinden:

x Die Thematik „Nachhaltigkeit“ durchdringt viele Bereiche unseres Lebens und verlangt sowohl von jedem Einzelnen als auch von Unternehmen, Organisationen und politischen Entscheidungstrgern grundlegende Vernderungen.

x Die Komplexitt des Begriffes „Nachhaltigkeit“ macht die Vermittlung und Konkretisierung schwierig, aber dafÅr umso notwendiger. Eine Schwierigkeit der Nachhaltigkeitsdiskussion besteht auch darin, abstrakte Begriffe und eher allgemein gehaltene AnsprÅche, z. B. „angemessener Lebensstandard“, mit Inhalt zu fÅllen und eine konsensfhige Definition dafÅr zu finden.

x Die Konkretisierung einer nachhaltigen Entwicklung ist durch das Spannungs-feld konomie-kologie-Soziales naturgemß von starken Interessengegenstzen geprgt. Es bedarf eines Interessenausgleichs und der Vertrauensbildung unter Einbeziehung aller an der Gestaltung einer nachhaltigen Entwicklung Beteiligten bzw. davon Betroffenen. Fortschritte im Sinne der Nachhaltigkeit sind insoweit nicht absolut definiert, sondern sind das Ergebnis einer breiten gesellschaftlichen Diskussion und mÅssen stndig fortentwickelt und an sich
ndernde Rahmenbedingungen angepasst werden.

11.2

FORUM WASCHEN – eine Initiative zum nachhaltigen Waschen

Im Bereich der Wasch- und Reinigungsmittelindustrie wurden in den letzten Jahren konkrete Schritte unternommen, das Thema Nachhaltigkeit auch branchenspezifisch anzugehen und MÇglichkeiten zur konkreten Umsetzung aufzuzeigen.

Eine wesentliche Grundlage dieser Nachhaltigkeits-Aktivitten ist eine Studie der Universitt Oldenburg mit dem Titel „Nachhaltigkeit in der deutschen Waschmittelindustrie“, die 2002 verÇffentlicht wurde [3].

Die deutsche Waschmittel-Industrie, vertreten durch den Industrieverband KÇrperpflege- und Waschmittel IKW, hat gemeinsam mit allen im weitesten Sinne mit Waschmitteln befassten Anspruchspartnern und Interessenvertretern („Stake-holdern“) im Jahre 2001 das FORUM WASCHEN gegrÅndet. Daran arbeiten als Mitglieder neben der Waschmittel-Industrie und deren Rohstofflieferanten mit: BehÇrden, Wissenschaft, Verbraucherschutzorganisationen, diverse gesellschaftliche Gruppen wie Umweltorganisationen, Kirchen, Schulen, Stiftung Warentest, Gewerkschaften sowie Haushaltsgerteindustrie. Ziel ist es, gemeinsam konkrete Schritte fÅr einen nachhaltigen Umgang mit Wasch- und Reinigungsmitteln und fÅr eine nachhaltige Entwicklung der Industriebranche zu entwickeln.

286

11 Waschmittel und Nachhaltigkeit

Das FORUM WASCHEN und seine zuarbeitenden themenbezogenen Projekt-
gruppen, die seit 2001 zu regelmßigen Workshops und Sitzungen zusammen-kommen, haben eine Reihe konkreter Nachhaltigkeits-Projekte initiiert: x Nachhaltigkeits-Bericht der Waschmittel-Branche seit 2005;
x Tag des Nachhaltigen Waschens jeweils am 10. Mai jedes Jahres seit dem Jahr 2004;
x europaweite Vereinheitlichung freiwilliger Sicherheitshinweise;
x Studien zur Hautvertrglichkeit von Waschmitteln und zum Waschen bei 30 hC / 40 hC;
x Entwicklung von Nachhaltigkeits-Indikatoren, die es erlauben, Fortschritte im Sinne einer nachhaltigen Entwicklung zu erkennen und zu bewerten;
x Faktenpapiere zum Waschen und Reinigen und zum Einsatz nachwachsender Rohstoffe;
x Online-Plattform www.forum-waschen.de mit vielen Hintergrundinformationen, Verbraucherhinweisen und wissenschaftlichen Vortrgen zum Thema Waschen und Reinigen [4].

Nicht alle Aspekte einer nachhaltigen Entwicklung kÇnnen branchenspezifisch bzw. im Rahmen des FORUMS WASCHEN bearbeitet werden. So ist die Einhaltung internationaler Mindestsozialstandards in den Fertigungssttten von Rohstofflieferanten und Zulieferern bzw. die Einhaltung einer Çkologisch vertrglichen Produktionsweise im internationalen Rahmen nur schwer und nicht
immer lÅckenlos zu ÅberprÅfen. Dazu sind die Produktionswege eines Waschmittels vom Rohstoff bis zum fertigen Produkt zu komplex (vgl. z. B. Abb.

10.4) und beinhalten sehr viele Zulieferbetriebe, die zudem marktbedingt hufiger wechseln kÇnnen.

Das FORUM WASCHEN ist ein erster konkreter Schritt, die Thematik „Nachhaltigkeit“ anzugehen, dazu Perspektiven zu entwickeln und zielgerichtete Projekte zu initiieren. Die Arbeit an dieser Thematik ist dabei zwangslufig langfristig angelegt. Eines hat diese Arbeitsgruppe aber in kurzer Zeit schon erreicht: eine Kommunikations- und Vertrauensbasis zu schaffen, die Vorbild auch fÅr andere Industriezweige und andere Bereiche unserer Gesellschaft sein kann.

11.3

Hersteller und Verbraucher tragen Verantwortung fÅr eine nachhaltige Entwicklung Waschen und Reinigen von Bekleidung und der unmittelbaren Umgebung sind Åberall auf der Welt ein integraler Bestandteil des tglichen Lebens. Waschen und Reinigen dienen jedoch dabei nicht nur der Pflege von GÅtern und dem Erhalt einer sthetischen Anmutung, sondern sie leisten auch einen wichtigen Beitrag zur Hygiene und somit zur Aufrechthaltung der Gesundheit. Aufgrund der hohen tglich verwendeten Mengen an Wasch-, Pflege- und Reinigungsmittel und deren bestimmungsgemßem Eintrag in die Umwelt kommt dem nachhaltigen Einsatz eine besondere Bedeutung zu.

11.3 Hersteller und Verbraucher tragen Verantwortung fÅr eine nachhaltige Entwicklung 287

Eine nachhaltige Entwicklung hat immer auch eine Çkonomische Dimension.

Das wird deutlich, wenn man den Wert der Wsche betrachtet. 2008 wurden in Deutschland waschbare Textilien im Wert von rund 46,5 Mrd. Euro gekauft [5].

Der Werterhalt dieser Wsche ist fÅr jeden Verbraucher von großer Çkonomischer Bedeutung und nur Åber das richtige Waschen zu gewhrleisten.

Auch aus Çkologischer Sicht ist der Werterhalt der Wsche wichtig, denn nicht mehr genutzte, unansehnliche oder unbrauchbare Textilien werden schließlich durch neue ersetzt, die mit einem hohem Aufwand an Ressourcen produziert werden mÅssen.

Neben der Industrie sind besonders die Verbraucher gefordert, sich ihrer Verantwortung beim Waschen bewusst zu werden. Beiden Akteuren kommen
dabei in den Bereichen kologie, konomie und Soziales unterschiedliche Aufgaben zu.

Aufgaben der Waschmittelhersteller:

x Inhaltsstoffe in Bezug auf Sicherheit fÅr Umwelt und Verbraucher zu bewerten und zu optimieren (vgl. Kap. 8 und 9);
x Verantwortung fÅr den gesamten Lebensweg der Produkte Åbernehmen (vgl.

Kap. 10);
x Produkte preiswert anbieten;
x Arbeitspltze sichern;
x Innovationen umsetzen;
x Handhabung erleichtern und zeitsparenden Einsatz ermÇglichen;
x Arbeitsschutzmaßnahmen.

Aufgaben der Verbraucher:

x mÇglichst ressourcenschonend waschen (vgl. Kap. 8.4)

– Verwendung von Niedrigdosierwaschmitteln;

– Verpackungshinweise beachten und Waschmittel richtig dosieren;

– mÇglichst niedrige Waschtemperatur whlen;

– Waschmaschine voll beladen;
x Verbrauchergewohnheiten und Lebensweise kritisch ÅberprÅfen und gegebenenfalls ndern unter Beachtung der Prinzipen der Nachhaltigkeit.

Die Çkologischen Auswirkungen des Wschewaschens hngen im hohen Maße davon ab, dass richtig, d. h. mÇglichst ressourcenschonend, gewaschen wird.

Dabei sind konomie und kologie kein Widerspruch, denn „richtiges“ Waschen spart Geld und schont die Umwelt. Da die Hauptumweltbelastungen beim Waschen im Haushalt anfallen (vgl. Kap. 10), gilt es, die Alltagskompetenz von Ver-braucherinnen und Verbrauchern in diesem Punkt zu strken und ihnen die notwendigen Informationen und Hilfen zu liefern, die vielen Innovationen der letzten Jahre bei Wasch- und Waschhilfsmitteln richtig anzuwenden (s. Kap. 8.4).

Hierbei kommt der Verbraucherinformation und -kommunikation zum zeit-
gemßen Waschen eine zentrale Bedeutung zu. Nicht umsonst hat das

FORUM WASCHEN dies als einen zentralen Punkt seiner Aktivitten definiert.

288

11 Waschmittel und Nachhaltigkeit

Wie wichtig eine umfassende Verbraucherinformation ist, zeigen Umfragen und Statistiken zum Thema Waschen. So wird in vielen Haushalten immer noch bei zu hohen Temperaturen gewaschen (vgl. Kap. 8.2), die Waschmaschinenkapazitt nicht voll genutzt und zu ungenau dosiert.

FÅr die Verbraucher bedeutet nachhaltiger Konsum beim Waschmittelkauf, dass sie sich nicht nur am Preis des Produktes orientieren, sondern beim Kauf z. B. auch auf eine mÇglichst geringe Dosierung pro Waschgang achten. Weiterhin sollten auch die MÇglichkeiten zur Verbraucherinformation und -kommunikation genutzt werden. Die meisten Waschmittelhersteller bieten dazu eine Verbraucher-Hotline an. Hilfen zur Information und Beratung beim Thema Waschen bieten u. a. auch die Verbraucherorganisationen (DHB-Netzwerk Haushalt, Deutscher LandFrauenverband dlv, die Verbraucher-Initiative, Verbraucherzen-trale Bundesverband vzbv u. a.), die Stiftung Warentest und der Industrieverband KÇrperpflege- und Waschmittel IKW.

11.4

Weitere Initiativen und Anstze zum „Nachhaltigen Waschen“

11.4.1

Umweltzeichen fÅr Waschmittel

In Europa gibt es eine FÅlle von nationalen bzw. lnderÅbergreifenden Kennzeichnungen fÅr besonders umweltvertrgliche Produkte. Diese Umweltzeichen sind zum Teil branchenspezifisch oder gelten nur fÅr bestimmte Produktgruppen. Auch im Bereich der Wasch- und Reinigungsmittel gewinnen ko-Kennzeichnungen zunehmend an Bedeutung.

Zu den bekannten Umweltzeichen gehÇren u. a. der „Nordische Schwan“ und das Europische Umweltzeichen („Euroblume“, „EU-Blume“). Das auch fÅr Deutschland relevante Europische Umweltzeichen wird hier kurz vorgestellt: Das Europische Umweltzeichen gibt es seit 1992. Es kann fÅr verschiedene Produktgruppen beantragt werden, wenn bestimmte Kriterien hinsichtlich der Umweltvertrglichkeit erfÅllt werden, z. B. fÅr Wasch- und Reinigungsmittel, Kleidung,

11.4 Weitere Initiativen und Anstze zum „Nachhaltigen Waschen“

289
elektronische Haushaltsgerte u. a. Das Europische Umweltzeichen wurde bisher fÅr mehr als 20.000 Produkte europaweit vergeben (Stand Dezember 2009) und findet eine zunehmende Akzeptanz und Relevanz fÅr nachhaltigen Konsum.

Das Europische Umweltzeichen wurde fÅr Waschmittel zum ersten Mal 1995
vergeben. Bisher wurde das EU-Umweltzeichen fÅr Waschmittel europaweit 220

Mal vergeben (Stand 12/2009) [6]. Darunter sind auch Waschmittel, die in verschiedenen PackungsgrÇßen bzw. Angebotsformen registriert sind, so dass die Anzahl der Marken geringer ist. Es kann auf Antrag vergeben werden, wenn ein Waschmittel den durch die Europischen Kommission (s. Amtsblatt der EU

2003/200/EG) festgelegten Kriterien hinsichtlich der Inhaltsstoffe, der Ergiebigkeit, der biologischen Abbaubarkeit, der Verpackung und der Waschleistung ge-nÅgt. Das EU-Umweltzeichen wird vom Ausschuss fÅr das Umweltzeichen der Europischen Union (AUEU) verwaltet und von der Europischen Kommission, smtlichen Mitgliedstaaten der Europischen Union und dem Europischen Wirt-schaftsraum (EWR) unterstÅtzt. Dem Ausschuss fÅr das Umweltzeichen gehÇren Vertreter aus Industrie, Umweltschutzvereinigungen und Verbraucherverbnden an. FÅr die PrÅfung und Vergabe des Siegels innerhalb Deutschlands sind das Deutsche Institut fÅr GÅtersicherung und Kennzeichnung (RAL) und das Umweltbundesamt verantwortlich. Die Anforderungen an die Produktleistung mÅssen bei der „Euroblume“ fÅr Waschmittel durch ein externes PrÅfinstitut besttigt werden. Daher stellt es fÅr den Verbraucher gleichzeitig ein Qualittssiegel dar.

Einen fÅr die kobilanz eines Waschmittels wesentlichen Teil, den Waschgang mit der entsprechenden Temperaturwahl, kÇnnen die Umweltkennzeichnungen kaum beeinflussen. Hier ist eine intensive Verbraucheraufklrung notwendig, die u. a. in freiwilligen Initiativen wie dem „Forum Waschen“ forciert wird.

11.4.2

Europische Nachhaltigkeitsinitiative „Nachhaltiges Waschen und Reinigen“

Die Initiative „Nachhaltiges Waschen und Reinigen“ (CHARTER) ist eine freiwillige, europaweite Nachhaltigkeitsinitiative der Wasch-, Pflege- und Reinigungsmittelindustrie (WPR-Industrie) mit dem Ziel der kontinuierlichen Verbesserung c A.I.S.E.

290

11 Waschmittel und Nachhaltigkeit
in den Unternehmen der Branche. Die an der Initiative „Nachhaltiges Waschen und Reinigen“ teilnehmenden Unternehmen verpflichten sich, den gesamten Produktionsprozess ÅberprÅfbar am Ziel Nachhaltigkeit auszurichten, und zwar beginnend mit dem Rohstoffeinkauf Åber die eigentliche Herstellung bis hin zur Verwendung und Entsorgung durch den Verbraucher. Die Fortschritte in den teilnehmenden Unternehmen werden regelmßig von externen Auditoren ÅberprÅft. Die teilnehmenden Unternehmen senden zustzlich jhrlich bestimmte Nachhaltigkeitsindikatoren (z. B. CO2-Emission, Wasserverbrauch, Ar-beitsunflle) an den Internationalen Wasch- und Reinigungsmittelverband (A.I.S.E.) nach BrÅssel. Dieser verÇffentlicht die akkumulierten Zahlen der Unternehmen jhrlich in seinem Nachhaltigkeitsbericht.

Mit Hilfe eines Siegels (s. Abb.) werden Produkte von Unternehmen gekennzeichnet, die der Initiative „Nachhaltiges Waschen und Reinigen” beigetreten sind. Im Rahmen der Initiative werden wesentliche Verbraucherinformationen auf der Produktverpackung verbessert und europaweit vereinheitlicht. Unter anderem finden sich auf den Packungen Sicherheitspiktogramme, Verbrauchertele-fonnummern fÅr qualifizierte AuskÅnfte und das sogenannte Washright-Panel mit Hinweisen zum nachhaltigen Waschen.

Ende 2009 sind europaweit hundert Unternehmen dieser Initiative beigetreten.

Weitere wichtige Hinweise zur nachhaltigen Anwendung von Wasch- und Reinigungsmitteln liefert die Internetseite http://de.cleanright.eu.

11.4.3

Der „Product Carbon Footprint (PCF)“ – Ein Maß fÅr Ressourcenverbrauch und Klimarelevanz?

Der private Konsum ist in Deutschland fÅr mehr als 40 % der Pro-Kopf-Emissionen an Treibhausgasen verantwortlich. Nachhaltiger und damit klimavertrglicher und ressourcenschonender Konsum ist nur mÇglich, wenn Verbraucher die Klimavertrglichkeit der Produkte und deren klimavertrgliche Verwendung einschtzen kÇnnen. In den vergangenen Jahren wurden einige sinnvolle Instrumente zur Information von Konsumenten geschaffen, beispielsweise das europ-
ische Energielabel fÅr Haushaltsgroßgerte. FÅr KonsumgÅter gibt es dagegen bislang kaum erprobte und allgemein akzeptierte Instrumente, die gezielt Åber deren Klimavertrglichkeit informieren. Der „Product Carbon Footprint“ ist eine in den letzten Jahren zunehmend diskutierte MÇglichkeit, die Klimarelevanz von Produkten und Dienstleistungen darzustellen [7].

Der Begriff „Product Carbon Footprint“, PCF, („Kohlendioxid-Fußabdruck“,

„CO2-Fußabdruck“) bezeichnet die Bilanz der Treibhausgas-Emissionen entlang des gesamten Lebenszyklus eines Produkts in einer definierten Anwendung.

Als Treibhausgase gelten u. a. Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4) oder Lachgas (N2O). Um eine einheitliche Angabe zu ermÇglichen, werden die unterschiedlichen Treibhausgase in „Kohlendioxid-quivalente“ umgerechnet. FÅr den PCF
von Wasch- und Reinigungsmitteln ist nur Kohlendioxid als Treibhausgas relevant.

11.5 Der Beitrag nachwachsender Rohstoffe fÅr eine nachhaltige Entwicklung der Waschmittel 291

Der Lebenszyklus eines Produkts umfasst die gesamte WertschÇpfungskette: von der Herstellung und dem Transport der Rohstoffe und Vorprodukte Åber Produktion und Distribution bis hin zur Nutzung und Entsorgung. Der Begriff Produkt steht als Oberbegriff fÅr Waren, z. B. Waschmittel, und Dienstleistungen, z. B. Flugreise. Der Kohlendioxid-Fußabdruck fÅr ein Produkt lsst sich mit Hilfe von kobilanzen ermitteln (vgl. Kap. 10). Allerdings sind die Methoden zur Berechnung des Kohlendioxid-Fußabdruckes bisher noch nicht ausreichend entwickelt, um eine Vergleichbarkeit unterschiedlicher Produkte einer Kategorie zu gewhrleisten.

Der Kohlendioxid-Fußabdruck eines Waschmittels

FÅr ein deutsches Markenwaschmittel ist der Kohlendioxid-Fußabdruck exemplarisch ermittelt worden [7] und hat zu folgenden Ergebnissen gefÅhrt:

Mehr als 70 % der Emissionen (ca. 510 g CO2 pro Waschgang bei einer durchschnittlichen Waschtemperatur von 46 hC) des gesamten PCF von rund 700 g CO2
pro Waschgang entstehen whrend der Nutzungsphase, insbesondere durch den Betrieb der Waschmaschine und die Erwrmung des Wassers. Bei einer Waschtemperatur von 30 hC reduzieren sich Energieverbrauch und Emissionen in der Nutzungsphase um rund 50 % (auf ca. 240 g CO2). Dauer, Temperatur und Art des Waschgangs sowie die Energieeffizienz der Waschmaschine sind somit zentrale EinflussgrÇßen fÅr den gesamten PCF.

Der Kohlendioxid-Fußabdruck eines Waschmittels wird durch das Verhalten des Verbrauchers whrend der Nutzungsphase im Haushalt sowie durch Alter und Bauart der Waschmaschine entscheidend beeinflusst. Eine produktbezogene Kennzeichnung des Waschmittels ist insofern nur begrenzt aussagekrftig. Einen Kohlendioxid-Fußabdruck des Waschens gibt es bisher nicht und dieser muss das klimarelevante Verhalten des Verbrauchers in den Mittelpunkt der Betrachtungen stellen. Die Klimarelevanz des Waschens ist bezogen auf den privaten Konsum insgesamt relativ gering. Weniger als 3 % der Treibhausgasemissionen von Privat-haushalten entfallen auf das Wschewaschen.

11.5

Der Beitrag nachwachsender Rohstoffe fÅr eine nachhaltige Entwicklung der Waschmittel

Es ruhen viele Erwartungen und Hoffnungen darauf, dass die vermehrte Nutzung nachwachsender Rohstoffe einen wichtigen Beitrag fÅr eine nachhaltige Entwicklung leisten kann.

x Nachwachsende Rohstoffe kÇnnen einen wichtigen Beitrag zur Nachhaltigkeit liefern, da sie prinzipiell unlimitiert zur VerfÅgung stehen, whrend sowohl anorganische als auch petrochemische Rohstoffe einem endlichen Ressourcen-pool entstammen.

292

11 Waschmittel und Nachhaltigkeit
x Die massive Nutzung fossiler Brennstoffe trgt maßgeblich zum Treibhauseffekt und damit zur globalen Klimanderung bei. Nachwachsende Rohstoffe sind in den natÅrlichen Stoffkreislauf integriert und kÇnnen prinzipiell wegen ihrer weitgehenden CO2-Neutralitt einen Beitrag zum Klimaschutz leisten.

x Beim Einsatz nachwachsender Rohstoffe kÇnnen deren natÅrliche Strukturelemente genutzt werden, wodurch diese Materialien zur Entwicklung umweltvertrglicher Produkte und Produktionsweisen beitragen.

Den Vorteilen nachwachsender Rohstoffe stehen auch eine Reihe kritischer Argu-mente gegenÅber:

x In den Entwicklungslndern kÇnnen nachwachsende Rohstoffe in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion und zur Selbstversorgung stehen. Neue soziale oder politische Spannungen und neue Abhngigkeiten von den Industrielndern sind mÇglich.

x Die Nutzung nachwachsender Rohstoffe kann zu einem gesteigerten Flchen-bedarf fÅhren, der nicht zur ZerstÇrung Çkologisch wertvoller Landschaften (wie tropischer Regenwlder) fÅhren darf.

Abb. 11.2

Waschmittelkreislauf.

11.5 Der Beitrag nachwachsender Rohstoffe fÅr eine nachhaltige Entwicklung der Waschmittel 293

Nachhaltig sind nachwachsende Rohstoffe somit nur, wenn sich unter sorgfltiger Abwgung der Çkologischen, sozialen und Çkonomischen Aspekte ein ge-samthafter Vorteil gegenÅber petrochemisch basierten Produkten ergibt.

Um die Nachhaltigkeit der Nutzung nachwachsender Rohstoffe fÅr Waschmittel zu beurteilen ist es nicht ausreichend, Waschmittel isoliert als ein Produkt zu betrachten. Belastbare Aussagen erhlt man nur, wenn man den gesamten Waschprozess mit in die Betrachtung einbezieht (Abb. 11.2). Die wichtigsten Ab-schnitte in diesem Prozess sollen im Folgenden kurz unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit diskutiert werden.

Rohstoffe

Bei Waschmitteln – dies gilt sowohl fÅr flÅssige, aber auch fÅr pulverfÇrmige Produkte – handelt es sich um Gemische aus anorganischen und organischen Chemikalien. Nutzt man als Rohstoffquelle nachwachsende Rohstoffe, so sind nur die organischen Substanzen zu betrachten. Die meisten heutzutage industriell eingesetzten organischen Chemikalien basieren immer noch auf ErdÇl. Der Anteil der nachwachsenden Rohstoffe als Quelle fÅr organische Chemikalien hat zwar in den letzten Jahren stetig zugenommen, lag aber in Deutschland im Jahr 2008 erst bei insgesamt 10 % [8].

Generell stehen Pflanzen und biotechnologische Verfahren (Fermentation) als Quellen fÅr nachwachsende Rohstoffe zur VerfÅgung, wobei die Rohstoffe aus der Pflanze beziehungsweise dem Fermentationsmedium großtechnisch isoliert werden mÅssen. Um die nachwachsenden Rohstoffe in leistungsstarke Chemikalien zu ÅberfÅhren, sind in der Regel weitere chemische Umsetzungen erforderlich [9]. Besonders interessant ist in diesem Zusammenhang das Konzept der Bioraffinerien. Hierbei werden bestimmte biotechnologische und chemische Pro-zesschritte so kombiniert, dass ein stofflicher und energetischer Austausch ge-whrleistet wird, was zu einer Minimierung von Energieeinsatz und Emissionen fÅhrt [10].

In Wasch- und Reinigungsmitteln stellen Tenside mengenmßig die wichtigste Chemikaliengruppe dar, die auf nachwachsenden Rohstoffen basiert. Ausgangs-punkte sind hier PalmkernÇl und KokosÇl, da deren Alkylketten im Bereich C12-14 liegen und sie sich damit besonders gut fÅr die Produktion von Tensiden eignen. Typische Vertreter dieser Verbindungsklasse sind Fettalkoholsulfate und Fettalkoholethersulfate als anionische Tenside und Fettalkoholethoxylate als nichtionische Tenside. All diese Tenside stellen in der Regel eine Kombination aus einem „nachwachsenden“ MolekÅlteil und einem MolekÅlteil dar, der auf klassischer organischer bzw. anorganischer Chemie basiert. Selbst die Alkylpolyglucoside, die zu 100 % aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen, werden nicht direkt aus der Natur gewonnen, sondern stellen einen chemischen Umbau der natÅrlichen Chemikalien dar. Von den rund 193.000 Tonnen Tensiden, die in Deutschland 2007 in Wasch- und Reinigungsmitteln eingesetzt wurden, ent-stammten rund 39.000 Tonnen aus den nachwachsenden Rohstoffen Palmkern-und KokosÇl [11].

294

11 Waschmittel und Nachhaltigkeit

PalmkernÇl – wie auch PalmÇl – sind Produkte aus der Frucht der lpalme.

2008 betrug der Weltmarkt an PflanzenÇlen 160 Millionen Tonnen. PalmÇl hatte mit 38 Mio. Tonnen daran den grÇßten Anteil, whrend die Produktion von PalmkernÇl nur 4,8 Millionen Tonnen betrug. 80 % des PalmÇls kommen aus SÅdostasien (Malaysia und vor allem Indonesien). In letzter Zeit ist der lpalmanbau zunehmend in die Çffentliche Diskussion geraten, da eine Ausweitung der Anbauflchen zu einer Abholzung der Regenwlder, zur Verdrngung von Tierpopulationen und zum RÅckgang der Artenvielfalt bei Flora und Fauna fÅhren kann. Whrend in Malaysia nur noch 12 % des Primrwaldes intakt sind, sind es in Indonesien 25 %. Um die Waldgebiete und die dort lebenden Tiere zu schÅtzen hat der „Roundtable for Sustainable Palm Oil (RSPO)“, eine Organisation von Plantagen, Weiterverarbeitern, Anwendern und nichtstaatlichen Organisationen ein Zertifizierungssystem entwickelt, das sicherstellen soll, dass PalmÇl und PalmkernÇl unter nachhaltigen Bedingungen gewonnen werden

(www.rspo.org).

Ursache fÅr die Ausweitung der PalmÇlplantagen ist die enorme Produktivitt der lpalme, deren lertrag pro Hektar aufgrund der gÅnstigen klimatischen Bedingungen in den Anbauzonen rund um den quator weit Åber den Werten anderer lpflanzen liegt (Abb. 11.3).

Bei den in Abb. 11.3 aufgefÅhrten Ertrgen handelt es sich um Durchschnitts-werte. Whrend viele Kleinbauern nur Ertrge von 1–2 Tonnen PalmÇl pro Hektar erzielen, erreichen gut gefÅhrte Plantagen Werte von bis zu 6 Tonnen pro Hektar.

Insofern kann die Produktion ausgeweitet werden, ohne dass es zu einer verstrkten Abholzung von Regenwldern kommt. Auch die Erschließung von Brachund dland fÅr den lpalmanbau kann den Druck auf die Abholzung von Regenwald vermindern. Ertrge aus dem RSPO-Zertifizierungsprogramm helfen, die Mehrkosten aufzufangen und erleichtern somit die Steigerung der Produktivitt auf dem zur VerfÅgung stehenden Land. Seit Ende 2008 sind nach RSPO-Standard zertifiziertes nachhaltiges PalmÇl und PalmkernÇl kommerziell verfÅgbar. Mit dem ISCC-Schema (ISCC – International Sustainability and Carbon Certification, www.iscc-project.org) steht ab 2010 ein weiteres System fÅr die Zertifizierung von nachhaltig erzeugter Biomasse zur VerfÅgung, das auch Palm(kern)Çl umfasst.

KokosÇl und PalmkernÇl sind aus chemischer Sicht weitestgehend identisch.

Die Produktivitt der Kokospalme liegt mit etwa 1 Tonne l pro Hektar niedriger Öl aus der

Öl aus den

Frucht

Kernen

[t / ha]

[t / ha]

Soja 0,36

-

Sonnenblumen 0,42

-

Raps 0,59

-

Kokospalme ca.

1

-

Ölpalme

3,68

0,44 (10,7 %)

Abb. 11.3

Ertrag von verschiedenen PflanzenÇlen (in Tonnen pro Hektar) [12].

11.5 Der Beitrag nachwachsender Rohstoffe fÅr eine nachhaltige Entwicklung der Waschmittel 295
als bei der lpalme, wobei die Kokospalme hufig in kleinbuerlichen Betrieben angebaut wird. Hauptanbaulnder fÅr die Kokospalme sind Indonesien, die Phi-lippinen und Indien. Vor allem in den letztgenannten Lndern gibt es inzwischen nur noch wenige großflchige Primrwlder. Daher wird die Kokospalme nicht mit der ZerstÇrung des Regenwaldes in Zusammenhang gebracht und gilt aus Çkologischer Sicht als unbelastet. Allerdings gibt es bei den kleinbuerlichen Pro-duktionsstrukturen aufgrund Åberholter gesellschaftlicher und Çkonomischer Strukturen verstrkt soziale Probleme. Auch wenn es kein dem RSPO vergleichbares Zertifizierungssystem gibt, ist eine Verbesserung der sozialen und Çkonomischen Strukturen bei der Produktion dringend erforderlich, um KokosÇl zu einem nachhaltigen Rohstoff zu machen.

Bei den biotechnologischen Verfahren werden nachwachsende Rohstoffe mit Hilfe von spezialisierten Mikroorganismen (Bakterien, Pilzen oder Hefen) im technischen Maßstab zu Wertstoffen umgesetzt (Fermentation). Hufig wird hier der Begriff „Weiße Biotechnologie“ zur Abgrenzung von der medizinischen Biotechnologie (Rote Biotechnologie) und Biotechnologie im Pflanzenbau (GrÅne Biotechnologie) verwendet. Die Fermentation spielt insbesondere fÅr die Produktion von Enzymen, organischen Suren (Citronensure, Milchsure) und Alkoholen (Ethanol) eine zentrale Rolle.

Ausgangsstoffe fÅr die Fermentation kÇnnen sowohl Nahrungsmittelgrundstoffe (z. B. Strke aus Weizen oder Mais fÅr die Ethanolproduktion) als auch organische Abfallstoffe (z. B. Melasse als RÅckstand der Zuckerproduktion, Schlempe und sogar Klrschlamm) sein. Der Einsatz von organischen Abfallstof-fen reduziert nicht nur das Abfallaufkommen, sondern senkt auch den Druck auf die Nahrungsmittelgrundstoffe und somit auch die Lebensmittelpreise. Insofern kann man die biotechnologische Gewinnung von Waschmittelinhaltsstoffen unter diesen Randbedingungen als besonders nachhaltig ansprechen, da hier sowohl kologie als auch konomie optimiert werden, ohne dass es zu sozialen Beeintrchtigungen kommt.

Logistik

Im Rahmen einer Lebenszyklusanalyse ist auch eine Untersuchung der Logistik-kette erforderlich, die den Transport der Rohstoffe sowie des fertigen Waschmittels bis zum Handel umfasst. Aus energetischer Sicht – dies beinhaltet auch die Generierung von Treibhausgasen – spielt die Logistik eine eher untergeordnete Rolle. Dennoch gibt es hinsichtlich der Transportmittel eine deutliche Abstufung: So erzeugt der Transport einer Tonne Ladung per Binnenschiff etwa 35 g CO2/km, whrend es beim Transport per Bahn oder LKW 23 g beziehungsweise 87 g CO2/km sind [13]. Unter BerÅcksichtigung der geografischen Gegebenheiten lsst sich so ein optimierter Transportmix erstellen.

Produktion

Generell gibt es prinzipielle Unterschiede zwischen der Produktion von FlÅssig-und Pulverwaschmitteln. Im Hinblick auf den Energieeinsatz ist die Produktion von FlÅssigwaschmitteln gÅnstiger, da die entsprechenden Trocknungsschritte

296

11 Waschmittel und Nachhaltigkeit
wegfallen. Weitere Optimierungspotentiale bei der Produktion ergeben sich vor allem durch die RÅckfÅhrung von Brauchwasser oder aber der kombinierten Erzeugung von Prozesswrme und Energie (Kraft-Wrme-Kopplung). Die Energiekosten stellen fÅr die Firmen einen wesentlichen Kostenfaktor dar. Insofern ist die Erfassung der verbrauchten Energiemengen und die Realisierung von Ein-sparpotenzialen heute Stand der Technik.

Gebrauchsphase

Insgesamt werden nur 1 bis 4 % der im Haushalt verwendeten Energie fÅr das Waschen und Reinigen verwendet, wobei der grÇßte Teil davon fÅr das Aufheizen des Waschwassers verwendet wird (Einzelheiten siehe Kapitel 8).

Entsorgungsphase

Die nach dem Waschen in die Abwasserreinigungsanlagen gelangenden Waschmittelinhaltsstoffe tragen zu einem erheblichen Anteil zur Abwasserfracht bei.

Inwieweit Waschmittelinhaltsstoffe in die Umwelt gelangen und welche mÇglichen Auswirkungen dies hat, wird in Kapitel 9 im Einzelnen diskutiert.

Schlussfolgerungen und Zusammenfassung

Die Nutzung nachwachsender Rohstoffe fÅr die Herstellung von Waschmitteln entfaltet das grÇßte Potenzial an nachhaltiger Entwicklung in der Anbauphase sowie bei der Produktion der Waschrohstoffe und des Waschmittels. Beim Transport und whrend der Gebrauchs- und Entsorgungsphase verhalten sich petrochemisch und aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellte Produkte hnlich.

Entscheidend ist dann die jeweilige chemische Struktur und nicht der Herstel-lungsweg.

Bei einer Çkologisch und sozial verantwortlichen Nutzung kÇnnen nachwachsende Rohstoffe einen wichtigen Beitrag fÅr eine nachhaltige Entwicklung leisten. DafÅr bedarf es Aktivitten und fÇrderliche Rahmenbedingungen auf internationaler Ebene.

11.6

Ausblick – Wie sieht die Zukunft des Waschens aus?

Bei allen zukÅnftigen Entwicklungen des Waschens im Haushalt wird eine nachhaltige Entwicklung als Åbergeordnetes Leitprinzip dienen mÅssen. Nur dann werden wir die Lebensgrundlagen auf unserem Planeten erhalten kÇnnen und daran sollten wir die Erfolge von Innovationen messen. Einige denkbare, an der Nachhaltigkeit orientierte Entwicklungsrichtungen bei Waschmitteln, Waschgewohnheiten, Waschtechnologien und Textilien werden im Folgenden kurz umrissen.

Wichtige Entwicklungsperspektiven zur Verbesserung der Leistungsfhigkeit der Waschmittel kÇnnten sein:

11.6 Ausblick – Wie sieht die Zukunft des Waschens aus?

297
x Entwicklung von innovativen Inhaltsstoffen, die bei tieferer Waschtemperatur wirksam sind, lang andauernde Effekte aufweisen, zeitverzÇgerte Freigabe von Wirkstoffen ermÇglichen, die Oberflchen modifizieren oder ein besseres Leistungs-/Gewichtsverhltnis aufweisen;
x Forschungen an einem tieferen Verstndnis der Grenzflchenchemie und

–physik;
x neue Enzymtypen, z. B. mit Bleichwirkung (Oxidasen oder Peroxidasen).

Ein wesentlicher Schritt hin zu einer nachhaltigen Entwicklung wird zukÅnftig die ErhÇhung der Ressourceneffizienz beim Waschen sein. Whrend beim Wasserverbrauch in den nchsten Jahren vermutlich nur noch geringe Einsparungen mÇglich sein werden, lassen sich Waschmittel- und Energieverbrauch beim Waschen noch deutlich reduzieren. Dabei wird, wie an mehreren Stellen dieses Buches bereits betont, der Verbraucherinformation und -kommunikation eine zentrale Bedeutung zukommen. Von entscheidender Bedeutung sind dabei: x Reduktion des Waschmittelverbrauchs durch die Wahl von Niedrigdosierwaschmitteln und die ErhÇhung die Dosiergenauigkeit;
x Reduktion des Energieverbrauchs durch eine mÇglichst niedrige Waschtemperatur und eine bessere Ausnutzung der Waschmaschinenkapazitt.

Auch neue Formen der Kommunikation und Beratung werden sich etablieren mÅssen, um einerseits den Verbrauchern leicht verstndliche und auf ihre Be-dÅrfnisse zugeschnittene Informationen Åber die Neu- und Weiterentwicklungen bei Waschmitteln, Waschmaschinen und Wschetrocknern zur VerfÅgung zu stellen und andererseits Verhaltensnderungen bei Verbrauchern in Richtung des nachhaltigen Waschens in Gang zu setzen.

Weltweit gesehen zeigen die europischen Trommelwaschmaschinen das beste Leistungsprofil bezÅglich hoher Waschleistung bei niedrigem Wasser- und Energieverbrauch. Dementsprechend setzen sich diese Maschinen weltweit immer strker durch. Derzeit zeichnen sich keine grundlegend neuen Waschtechnologien ab, die in den nchsten Jahren die aktuelle Waschmaschinentechnologie ersetzen kÇnnten.

Es gibt aber bereits interessante Anstze weitgehend vernderter oder alternativer Waschtechnologien in der Entwicklung [14]. Teilweise sind diese Entwicklungen in einigen Lndern – mit bisher allerdings unbefriedigendem Erfolg – auch schon erprobt worden: Ultraschallwaschmaschinen, Textilauffrischung und Reinigung mit Wasserdampf, Hygienewaschen mit Ozon u. a. Auch der Einsatz von Silber und Silberionen zur Keimverminderung beim Waschen ist erprobt worden, schafft aber durch den daraus resultierenden Schwermetalleintrag in die Umwelt wieder neue Çkologische Probleme. Eine aktuelle Untersuchung aus dem Jahr 2009
zeigt, dass die derzeit bekannten alternativen Waschverfahren bei einer Gesamtbe-trachtung von Waschleistung, Çkologischer Vertrglichkeit und Kosten noch zu viele Nachteile gegenÅber den heutigen Trommelwaschmaschinen aufweisen

[14]. MÇglich ist in absehbarer Zeit ein Zusatznutzen bei der Fleckvorbehandlung (Ultraschall) oder der Waschhygiene (Ozon), wenn diese Technologien z. B. bei weiterentwickelten Waschmaschinen eingesetzt werden. Vorstellbar ist auch, dass die

298

11 Waschmittel und Nachhaltigkeit

Waschmaschine im eigenen Haushalt in fernerer Zukunft einmal abgelÇst wird durch zentralisierte Serviceeinrichtungen zum Waschen in den Stadtteilen oder in den Gemeinden, bei denen dann hocheffiziente und besonders ressourcenschonende Waschverfahren zum Einsatz kommen kÇnnen.

Ebenso kÇnnen sich durch neue Materialien und Technologien bei den Textilien die Waschtechnologien grundlegend ndern, bzw. kÇnnen diese Textilien die etablier-ten Waschverfahren erweitern. Beispiele dafÅr sind:

x Textilien mit schmutzabweisenden oder selbstreinigenden Oberflchen; x Textilien mit antibakteriellen Eigenschaften und dadurch erhÇhter Trage- bzw.

Nutzungsdauer (Diese sind bereits erprobt worden, bisher konnten aber die daraus resultierenden toxikologischen Probleme nicht gelÇst werden.);
x Wegwerf- bzw. Einmaltextilien aus biologisch abbaubaren Materialien; x Textilien aus Spraydosen, die mit Wasser wieder abgewaschen werden kÇnnen.

Die Innovationen werden sicher nie aufhÇren und so wird mit Spannung zu beobachten sein, wie die weitere Entwicklung des Waschens aussehen wird.

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VCH Verlag, Weinheim 2002.

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10 Zoller, U. (ed.): Handbook of Detergents
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4 Henning, K.: Wasch- und Reinigungs-

Broze, G.), Part B: Production (Sosis, P.),
mittel – Inhaltsstoffe, Eigenschaften und

Part C: Formulations (DiGiacomo, P.),

Formulierungen. Verlag fÅr chemische

Part D: Analysis (Hepworth, P.), Part E:

Industrie, Augsburg 2006.

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5 Ho Tan Tai, L.: Formulating Detergents

Science Series, Vol. 82, Marcel Dekker
and Personal Care Products, AOCS Press,

New York 1999, 2000.

Champaign/Illinois, 2000.

Waschmittel. GÅnter Wagner

Copyright c 2010 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

ISBN: 978-3-527-32678-5

300

12 Allgemeine Literatur, bersichtswerke und Internetadressen

NÅtzliche Internetadressen zum Themenkreis Waschen und Waschmittel

Stand 12/2009
http://www.forum-waschen.de

Hier finden Sie aktuelle Informationen Åber das

Nachhaltigkeitsprojekt FORUM WASCHEN der
deutschen Wasch- und Reinigungsmittelindustrie.

http://www.aktionstag-nachhaltiges-

Jeweils am 10. Mai eines Jahres findet der bundes-
waschen.de
weite Aktionstag – Nachhaltiges Waschen statt.

Hierzu finden Sie Informationen und viele nÅtzliche

Hinweise, darunter Antworten auf hufig gestellte

Fragen und einen „Waschrechner“ zur Berechnung
der Verbrauchskosten im eigenen Haushalt.

http://www.oeko.de/publikationen/

Publikationen und Forschungsberichte des ko-In-
forschungsberichte/studien
stituts in Freiburg, darunter die Studie „kobilanz
und Lebenszykluskostenrechnung Wschewaschen“.

www.uba.de

Das Umweltbundesamt bietet viele aktuelle Informa-
tionen zum umweltbewussten Waschen und Reinigen
sowie zum nachhaltigen Konsum.

www.cleanright.eu

Auf dieser Website finden sich eine Vielzahl nÅtz-
licher Informationen Åber Wasch-, Reinigungs- und

Pflegemittel fÅr den privaten Gebrauch.

Cleanright bietet u. a. einen virtuellen Rundgang
durch einen Privathaushalt zu den typischen

Anwendungsbereichen fÅr Wasch-, Pflege- und

Reinigungsmittel.

Informationen Åber die Inhaltsstoffe dieser Produkte
und den sicheren Umgang damit und Informationen
zum Sparen von Wasser, Energie und Geld.

http://www.heraproject.com

Im Rahmen des HERA-Projekts werden Sicherheits-
bewertungen fÅr Inhaltsstoffe von Wasch-, Putz- und

Reinigungsmitteln erstellt, sowohl in Bezug auf

Auswirkungen auf den Menschen als auch auf die

Umwelt. (Englisch)

http://www.ikw.org

Viele Informationen und Fakten Åber Wasch- und

Reinigungsmittel vom Industrieverband KÇrper-
pflege- und Waschmittel e. V.

Download und Bestellung von aktuellen Informa-
tionsschriften zum Thema Waschen und Reinigen ist
mÇglich.

http://www.aise-net.org

Die A.I.S.E. (= International Association for Soaps,

Detergents and Maintenance Products) ist das
offizielle Vertretungsorgan der europischen Wasch-
und Reinigungsmittelindustrie. Auf der Homepage
finden sich viele Informationen zum Waschen und

Reinigen (englischsprachig)

A1.1 Herstellung von Seife

301

A1

Methoden zur Synthese von Tensiden

A1.1

Herstellung von Seife

In den ersten Jahrhunderten nach Christi Geburt werden die Seife und ihre Herstellung Åberwiegend in rztlichen Schriften erwhnt. Das lsst darauf schließen, dass sie in dieser Zeit wenig zum Waschen und Reinigen benutzt wurde. Erst in den folgenden Jahrhunderten entstand eine nennenswerte Nachfrage nach Seife.

Im 9. Jahrhundert bildeten sich in Europa (Sevilla, Alicante) und in den arabi-schen Lndern Zentren der Seifenherstellung aus. Es entstand das Seifensieder-handwerk. Seit dem Mittelalter (SeifensiederzÅnfte sind seit 1324 bekannt) blieb die Ttigkeit des Seifensieders bis ins 18. Jahrhundert weitgehend unverndert.

Die Seife wurde in Mitteleuropa durch Reaktion von Holzasche mit Åberwiegend tierischen Fetten (Talg) hergestellt. Asche und Talg waren knappe und begehrte Rohstoffe. Die Herstellung der Seife war mÅhsam und umstndlich, die Rezepte wurden als strenges Geheimnis gehÅtet.

Der bergang vom Handwerk zur industriellen Herstellung von Seife wurde mÇglich durch Leblancs Erfindung der kÅnstlichen Soda (vgl. auch Kap. 8.1).

Preiswerte tropische le pflanzlicher Herkunft standen durch die sich immer enger entwickelnden internationalen Handelsbeziehungen in ausreichenden Mengen zur VerfÅgung. In Deutschland wurde KokosnussÇl erstmals 1830 zur Seifenherstellung verwendet. Chemische Betriebe nahmen die Produktion von Seifen auf. In der Folge reduzierte sich der Beruf des Seifensieders und ist heute vÇllig verschwunden. Die ehemals Åblichen diskontinuierlichen Verfahren zur Seifenherstellung wurden durch moderne, großtechnische kontinuierliche Verfahren ersetzt, um den gestiegenen Bedarf an preiswerter Seife zu decken.

Die Herstellung von Seife geschieht heute durch NeutralÇl-Verseifung

(Abb. A1.1) oder durch Fettsure-Verseifung (Abb. A1.2).

NeutralÇl-Verseifung

Die Seifenherstellung aus Fetten und len ist die typische alkalische Verseifung eines Esters (Abb. A1.1). Allerdings ist beim Betrachten des Reaktionsverlaufs zu beachten, dass es sich um eine heterogene Reaktion handelt, da die wssrige Phase und die Fettphase nicht miteinander mischbar sind.

Waschmittel. GÅnter Wagner

Copyright c 2010 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

ISBN: 978-3-527-32678-5

302

A1 Methoden zur Synthese von Tensiden

Abb. A1.1

Seifenherstellung durch NeutralÇl-Verseifung (Reaktion von Natron- bzw. Kalilauge mit Fetten und len).

Am Anfang verluft die Reaktion sehr langsam, da nur ein ungenÅgender Kontakt der Reaktionspartner mÇglich ist. Im Laufe der Reaktion Åbernimmt die entstehende Seife die Rolle eines Emulgators, so dass sich die Reaktion immer mehr beschleunigt, bis der Hauptteil des Fettes umgesetzt wurde. Gegen Ende der Reaktion sinkt die Geschwindigkeit stark ab, ein 100%iger Umsatz nimmt daher sehr lange Zeit in Anspruch. Reste an unverseiftem Fett im Fertigprodukt sind nicht unerwÅnscht, weil dadurch eine leicht rÅckfettende Wirkung auf der Haut erzielt wird. Bei Textilien tritt eine Art WeichspÅleffekt auf.

Die Natriumsalze von Fettsuren fÅhren zu festen harten Seifen (Kernseifen), die Kaliumsalze ergeben halbfeste bis flÅssige Produkte (Schmierseifen).

Das erhaltene zhflÅssige Rohprodukt besteht aus der eigentlichen Seife, Resten an unverseiftem Fett, Natronlauge und Glycerin und wird Seifenleim genannt. Durch Zugabe von Kochsalz wird die LÇslichkeit der Seife stark zurÅck-gedrngt. Sie scheidet sich als feste Schicht (Seifenkern) auf der salz- und glycerinhaltigen LÇsung ab. Die so erhaltene Rohseife ist noch stark alkalisch.

Der Vorgang des Aussalzens wird deshalb mehrfach wiederholt, bis der ge-wÅnschte Reinheitsgrad erreicht ist.

Diese traditionelle Form der Seifenherstellung wird heute nur noch ausnahms-weise durchgefÅhrt. Die großtechnische Synthese von Seife geschieht nach der Methode der Fettsure-Verseifung.

Fettsure-Verseifung

Freie Fettsuren werden durch hydrolytische Spaltung von Fetten und len bei hohem Druck und hoher Temperatur (180 hC) gewonnen. Die gewÅnschten Fettsuren und das Glycerin werden voneinander getrennt und die Fettsuren anschließend durch Vakuumdestillation gereinigt.

Im nchsten Reaktionsschritt erfolgt die Neutralisation der Fettsuren mit Natronlauge oder Soda (Natriumcarbonat) (Abb. A1.2 und A1.3).

Abb. A1.2

Neutralisation von Fettsuren mit Natriumcarbonat.

A1.1 Herstellung von Seife

303

Abb. A1.3

Seifenherstellung durch Fettsure-Verseifung (Neutralisation von freien Fettsuren mit Natronlauge oder Soda).

Die Herstellung von Seife ist auch aus langkettigen Paraffinen, die aus ErdÇl isoliert werden, mÇglich. Die Paraffine lassen sich durch katalytische Oxidation in Fettsuren ÅberfÅhren. Durch anschließende Neutralisation mit Laugen werden daraus Seifen gewonnen. Da natÅrliche Fette und le im ausreichenden Maße zur VerfÅgung stehen, ist die wirtschaftliche Bedeutung dieses Verfahrens gering. Die Fettsuremuster, d. h. die prozentualen Anteile der einzelnen Fettsuren, unterscheiden sich auch grundlegend von denen der natÅrlichen Fette und
le, denn in der Natur kommen nur Fettsuren mit einer geraden Zahl von Kohlenstoffatomen vor.

Die Qualitt der erhaltenen Seife hngt stark von den verwendeten Ausgangssubstanzen ab. Whrend frÅher der Fettansatz bestgehÅtetes Geheimnis war, ist es im Zeitalter der modernen Analytik nicht weiter schwierig, durch gaschroma-tographische Analyse der Fettsuremethylester die Fettsuremuster und damit die verwendeten Ausgangssubstanzen zu erkennen. Die wichtigsten Fette und
le zur Seifenherstellung sind Rindertalg, Schweineschmalz, KokosÇl, PalmÇl und PalmkernÇl.

Die Wascheigenschaften der Seifen hngen in erster Linie von der Kettenlnge der eingesetzten Fettsuren ab. Weiterhin spielt die LÇslichkeit eine wichtige Rolle. So sind die Kalium- und Ammoniumsalze besser wasserlÇslich als die Natriumsalze.

Seifen aus KokosÇl und PalmkernÇl sind zum Wschewaschen am besten geeignet. Seifen aus OlivenÇl, mit einem hohen Anteil an Salzen der lsure, zeichnen sich durch eine besonders gute LÇslichkeit aus und eignen sich gut zum Duschen und Hndewaschen. Mehrfach ungesttigte Fettsuren neigen durch Oxidationsprozesse zum Ranzigwerden und fÅhren zur Fleckenbildung in der Seife. Sie verringern dadurch wesentlich die Haltbarkeit der Seife.

304

A1 Methoden zur Synthese von Tensiden

A1.2

Herstellung von linearen Alkylbenzolsulfonaten (LAS)

Die Rohstoffe fÅr die Synthese von LAS sind Benzol und langkettige Alkane (Paraffine). Alkane mit Kettenlngen von C10 bis C13 stehen aus ErdÇl in genÅgender Menge zur VerfÅgung. Sie werden mit Hilfe geeigneter Molekularsiebe in hoher Reinheit aus den entsprechenden ErdÇlfraktionen abgetrennt.

Die Herstellung von Alkylbenzolen ist grundstzlich auf zwei Wegen mÇglich, wobei als Katalysatoren entweder Fluorwasserstoff HF oder wasserfreies Aluminiumchlorid AICI3 eingesetzt werden. Bei Verwendung von wasserfreiem Aluminiumchlorid werden Chloralkane mit Benzol umgesetzt, im anderen Fall reagieren Alkene mit Benzol. Bei Benutzung von Aluminiumchlorid entstehen mehr Nebenprodukte und das Verhltnis der verschiedenen isomeren Alkylbenzole ist technologisch ungÅnstiger. Das HF-Verfahren, welches das am meisten groß-
technisch eingesetzte ist, soll hier nher beschrieben werden (Abb. A1.4).

Synthese von Chloralkanen:

Die isolierten und gereinigten Paraffine werden mit Chlor in einer typischen radikalischen Substitution (SR-Reaktion) zu etwa 30 % zu einem Chloralkan umgesetzt. berschÅssiges Paraffin dient als LÇsungsmittel und verhindert, dass mehrfach chlorierte Produkte entstehen. Die Stellung des Chloratoms im MolekÅl unterliegt hierbei statistischer Verteilung, so dass eine grÇßere Anzahl isomerer Verbindungen entstehen.

Abb. A1.4

Reaktionsschritte zur Synthese von Linearen Alkylbenzolsulfonaten (LAS) (n + m = 7–10).

A1.3 Herstellung von sekundren Alkansulfonaten (SAS) 305

Bildung langkettiger Alkene:

In einer darauffolgenden Eliminierungsreaktion (E-Reaktion) werden die Chloralkane zu Alkenen umgewandelt, wobei Chlorwasserstoff frei wird. Heute wird in immer zunehmenderem Maße das von UOP entwickelte Pacol Verfahren
zur Herstellung von Alkenen eingesetzt. Hierbei werden lineare Paraffine in Gegenwart von Platin- oder Aluminiumkatalysatoren bei hoher Temperatur katalytisch zu den Alkenen dehydriert.

Synthese von Alkylbenzolen:

Nach dem Mechanismus einer Friedel-Crafts-Alkylierung werden die Alkene mit Benzol umgesetzt. Als Katalysator dient hierbei Fluorwasserstoff HF. Da Alkene mit unterschiedlicher Stellung der Doppelbindung vorliegen, entsteht im End-effekt ein Gemisch verschiedener Alkylbenzole.

Synthese von Alkylbenzolsulfonsuren:

Die erhaltenen Alkylbenzole werden anschließend mit Schwefeltrioxid S03 zur Reaktion gebracht. Dabei werden in einer typischen elektrophilen Substitution (SE-Reaktion) Alkylbenzolsulfonsuren gebildet. Die Sulfonsuregruppe wird dabei ausschließlich in 1,4-Stellung substituiert, da die Alkylgruppe als Substitu-ent erster Ordnung ortho-para-dirigierend ist. Die Ortho-Stellung ist durch den voluminÇsen Alkylrest blockiert.

Neutralisation:

Die Sulfonsure wird nachfolgend mit Natronlauge neutralisiert. Das lineare Alkylbenzolsulfonat fllt dabei als wssrige LÇsung an, da whrend der Neutralisa-tionsreaktion Wasser gebildet wird. In einem letzten Produktionsschritt werden die linearen Alkylbenzolsulfonate manchmal mit HypochloritlÇsung gebleicht, denn die rohen synthetisierten Alkylbenzolsulfonsuren kÇnnen durch in geringer Menge vorliegende Nebenprodukte unansehnlich brunlich gefrbt sein.

A1.3

Herstellung von sekundren Alkansulfonaten (SAS)

Die großtechnische Synthese der Alkansulfonate geht von unverzweigten Alkanen der Kettenlnge C12 bis C18 aus (Abb. A1.5). Die EinfÅhrung der Sulfonsuregruppe geschieht durch Reaktion mit Schwefeldioxid und Sauerstoff. Die Reaktion luft nach einem radikalischen Mechanismus ab, ist also als radikalische Substitution (SR-Reaktion) zu bezeichnen, und wird Sulfoxidierung genannt.

Unter Einwirkung von kurzwelligem UV-Licht wird aktiviertes Schwefeldioxid gebildet, das mit anwesenden Alkanen unter Bildung von Alkylradikalen reagiert.

Diese reagieren anschließend in einer Kettenreaktion mit Schwefeldioxid und Sauerstoff. Dabei entstehen Alkansulfonsuren und Schwefelsure. Die Alkansulfonsuren werden von der Schwefelsure und nicht umgesetzten Alkanen abgetrennt und nachfolgend mit Natronlauge neutralisiert.

306

A1 Methoden zur Synthese von Tensiden

Abb. A1.5

Reaktionsgleichungen zur Herstellung von sekundren Alkansulfonaten (SAS).

A1.4

Herstellung von Fettalkoholen und Fettalkoholsulfaten (FAS)

Weltweit wurden 2008 ca. 2,1 Mio. Tonnen Fettalkohole produziert; davon etwa 65 % aus nachwachsenden Rohstoffen (Fetten und len), 33 % aus ErdÇl und 2 % aus Kohle. Die erhaltenen Alkohole haben abhngig von ihrer chemischen Struktur unterschiedliche physikalische und toxikologische Eigenschaften. Zur Begriffsbildung „Fettalkohol“ vgl. Kapitel 2.2.4.

Zur Herstellung nativer, linearer Fettalkohole werden natÅrliche Fette und le durch Reaktion mit Methanol in Fettsuremethylester ÅberfÅhrt. Mit Hilfe einer anschließenden fraktionierten Destillation werden die Fettsuremethylester je nach Verwendungszweck aus dem Reaktionsgemisch abgetrennt. Durch Reduktion mit Wasserstoff (Hydrierung) werden aus den Methylestern die Fettalkohole gewonnen und destillativ gereinigt.

Geht man von ErdÇl als Rohstoffbasis fÅr Fettalkohole aus, so sind zwei grundstzlich unterschiedliche Synthesewege mÇglich, die sich entweder vom Ethylen oder von langkettigen Paraffinen ableiten (Abb. A1.6). Alkohole, die aus langkettigen Alkanen gewonnen werden, bezeichnet man als Oxo-Alkohole. Alkane der gewÅnschten Kettenlnge lassen sich mit Hilfe von Molekularsieben aus ErdÇl isolieren. Die Alkane werden in ungesttigte Kohlenwasserstoffe, die Alkene (Olefine), ÅberfÅhrt, wobei mehrere technische Verfahren angewendet werden. Durch Reaktion mit Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff lassen sich aus den Olefinen die Fettalkohole herstellen. Oxo-Alkohole kÇnnen eine sekundre Stellung der Hydroxyl-Gruppe und Verzweigungen der Kohlenstoffkette aufweisen. Weiterhin bestehen sie im Unterschied zu nativen Fettalkoholen aus geradzahligen und un-geradzahligen Kohlenstoffketten.

Eine weitere wichtige Herstellungsmethode geht vom Ethylen aus. Dieses wird unter dem Einfluss von Aluminiumalkylen zu lngeren Ketten verknÅpft, die dann durch eine Oxidationsreaktion in Fettalkohole ÅberfÅhrt werden. Nach dieser Methode gewonnene Alkohole werden als Ziegler-Alkohole bezeichnet. Die Ziegler-Alkohole hneln in ihren Eigenschaften den aus Fetten und len gewonnenen nativen Alkoholen. Es handelt sich um unverzweigte primre Alkohole mit ausschließlich geradzahliger C-Kette.

Zur Herstellung von Fettalkoholsulfaten im Labor werden Fettalkohole mit konzentrierter Schwefelsure umgesetzt. Bei ca. 50 hC bilden sich Schwefelsure-

A1.4 Herstellung von Fettalkoholen und Fettalkoholsulfaten (FAS)

307

Abb. A1.6

Fließschema zur Herstellung von Fettalkoholen.

Abb. A1.7

Synthese von Fettalkoholsulfaten (FAS).

monoalkylester (Alkylhydrogensulfate), die anschließend mit Natronlauge neutralisiert werden (Abb. A1.7).

In der großtechnischen Synthese erhlt man die Fettalkoholsulfate durch Reaktion von gasfÇrmigen Schwefeltrioxid/Luft-Gemischen mit Fettalkoholen. Man vermeidet auf diese Weise die Bildung von Wasser, welches unter Energieeinsatz wieder abgetrennt werden mÅsste. Neutralisiert wird mit wssriger Natronlauge in einem kontinuierlichen Verfahren.

308

A1 Methoden zur Synthese von Tensiden

A1.5

Herstellung von Fettalkoholethersulfaten (FAES)

Durch Umsetzung von Fettalkoholen mit Ethylenoxid erhlt man Fettalkoholethoxylate (s. Kap. 2.3.1). Die anschließende Umsetzung mit Schwefeltrioxid und Neutralisation mit Natronlauge fÅhrt zur Herstellung von Fettalkoholethersulfaten. Die Etherkette ist kurz und enthlt zwei bis drei Ethylenoxid-Einheiten (Abb. A1.8).

Abb. A1.8

Reaktionsgleichungen zur Herstellung von Fettalkoholethersulfaten (FAES).

A1.6

Herstellung von Fettalkoholethoxylaten (FAEO)

Zur Herstellung von Fettalkoholethoxylaten werden die Fettalkohole mit Ethylenoxid umgesetzt (Abb. A1.9 und A1.10) (s. auch Kap. 2.3.1). Es finden Fettalkohole aus petrochemischen und fettchemischen Rohstoffen gleichermaßen Verwendung. Ethylenoxid ist ebenfalls ein wichtiges technisches Zwischenprodukt. Es wird in großen Mengen durch eine katalytische Reaktion von Ethylen mit Sauerstoff gewonnen.

Ethylenoxid ist eine extrem reaktionsfhige gasfÇrmige Substanz (Siedepunkt

+11 hC). Sie neigt zum thermischen Zerfall und zur Polymerisation, so dass sie nach MÇglichkeit im Anschluss an die Synthese sofort weiterverarbeitet wird.

Ethylenoxid ist als krebserzeugender Arbeitsstoff eingestuft.

Die Reaktion von Fettalkoholen mit Ethylenoxid lsst sich sowohl mit sauren als auch basischen Katalysatoren durchfÅhren. Der Mechanismus ist im Wesentlichen aufgeklrt. Formal lsst sich die Reaktion als typische nucleophile Substitution (SN-Reaktion) auffassen, jedoch verlaufen Startreaktion und Wachstums-reaktion der Etherkette in alkalischer und saurer LÇsung unterschiedlich.

Als alkalische Katalysatoren finden in der Praxis Natrium- oder Kaliumhydroxid und manchmal auch Natriummethylat Verwendung.

Etwas anders verluft die sauer katalysierte Reaktion ab, da in diesem Fall der Katalysator am Ethylenoxid unter Bildung eines Carbokat-Ions angreift (Abb. A1.10).

A1.6 Herstellung von Fettalkoholethoxylaten (FAEO)

309

Abb. A1.9

Bildung von Fettalkoholethoxylaten (FAEO) bei alkalischer Katalyse (n = 11–17).

Abb. A1.10

Bildung von Fettalkoholethoxylaten (FAEO) bei saurer Katalyse (n = 11–17).

Heute wird ausschließlich die basisch katalysierte Reaktion durchgefÅhrt, da sie Çkonomischer ist und zu weniger Nebenprodukten fÅhrt. Ein typisches toxisches Nebenprodukt besonders der sauren Katalyse ist Dioxan, das durch Dime-risation von Ethylenoxid entsteht (Abb. A1.11). Es ist als unerwÅnschter Bestandteil von Shampoos, die Fettalkoholethersulfate (FAES) enthielten, in die Schlagzeilen geraten und darf nicht mit dem Sevesogift Dioxin verwechselt werden. Sowohl bei der Herstellung von Fettalkoholethoxylaten als auch bei der Herstellung

310

A1 Methoden zur Synthese von Tensiden

Abb. A1.11

Bildung von Dioxan aus Ethylenoxid.

von Fettalkoholethersulfaten ist die Bildung von Dioxan mÇglich, lsst sich aber durch geeignete ReaktionsfÅhrung auf ein unbedenkliches Minimum reduzieren.

Die Tensideigenschaften werden durch das Mischungsverhltnis der Reaktionspartner vorgegeben. Je hÇher der Anteil an Ethylenoxid, desto hÇher wird der Ethoxylierungsgrad werden. Untersuchungen zur Zusammensetzung von Fettalkoholethoxylaten zeigen, dass kein einheitliches Produkt entsteht, sondern eine Verteilung um eine stÇchiometrisch wahrscheinliche Kettenlnge. Fettalkoholethoxylate sind also immer Stoffgemische. Die Homologenverteilung kann sehr unterschiedlich sein und hngt vom gewhlten Syntheseweg ab. Mit Hilfe moderner Verfahren und neuentwickelter Katalysatoren ist es in jÅngster Zeit gelungen, technisch besonders hochwertige Fettalkoholethoxylate mit enger Homologenverteilung herzustellen.

A1.7

Herstellung von Alkylpolyglucosiden (APG)

Als Rohstoffe zur Synthese von Alkylpolyglucosiden dienen Strke oder Saccharose und Kokosfett oder PalmkernÇl. Aus Strke wird Glucose durch enzymatische Hydrolyse mit Hilfe von Amylasen gewonnen, Saccharose wird enzymatisch durch Invertasen in Glucose und Fructose ÅberfÅhrt, die gebildete Fructose lsst sich dann mittels spezieller Enzyme zu Glucose umwandeln. Kokosfett wird zum Fettalkohol reduziert (s. Kap. 2.3.2). Alkylpolyglucoside lassen sich unter dem Einfluss geeigneter Katalysatoren durch direkte Reaktion von Glucose mit Fettalkohol erhalten. Die Reaktion verluft nach dem Mechanismus einer nucleophilen Substitution (SN-Reaktion). Es handelt sich um eine Gleichgewichtsreaktion (Abb. A1.12). Durch einen berschuss an Fettalkohol und kontinuierliches Ab-destillieren des Reaktionswassers gelingt es, das Gleichgewicht in Richtung der Abb. A1.12

Reaktionsgleichung zur Synthese von Alkylpolyglucosiden (APG) (m = 1–6).

A1.8 Herstellung von Kationtensiden (Esterquats)

311

Alkylpolyglucoside zu verschieben. Zur Gewinnung des reinen Produktes muss nach Neutralisation des sauren Katalysators der ÅberschÅssige Fettalkohol durch eine Vakuumdestillation entfernt werden. Die Synthese ist apparativ sehr aufwendig und erfordert eine sehr genaue Kontrolle der Reaktionsbedingungen, andernfalls entstehen technologisch minderwertige Produkte.

Neben der heute großtechnisch angewandten Direktsynthese ist auch eine zweistufige Herstellungsmethode mÇglich. Dabei wird Glucose zuerst mit 1-Butanol umgesetzt und danach in einem zweiten Reaktionsschritt 1-Butanol gegen den langkettigen Fettalkohol ausgetauscht.

Die anfallenden Alkylpolyglucoside sind komplexe Stoffgemische mit unterschiedlicher Anzahl und unterschiedlicher VerknÅpfung der GlucosemolekÅle.

Der hydrophile Anteil der Tenside lsst sich durch Variation des Zucker/Fettalkohol-Verhltnisses verndern. Die Tensideigenschaften kÇnnen so der gewÅnschten Anwendung optimal angepasst werden. Zum Einsatz in Wasch- und Reinigungsmitteln sind Kettenlngen von 1 bis 6 Glucose-Einheiten und Alkylreste von C10 bis C14 gÅnstig. Der mittlere Kohlenhydratanteil in der Handelsware be-trgt etwa 1,4 Glucose-Einheiten, da sich in diesem Bereich optimale Wasch- und Reinigungsleistungen erzielen lassen.

A1.8

Herstellung von Kationtensiden (Esterquats)

Die Synthese von Esterquats erfolgt in zwei Reaktionsschritten (Abb. A1.13).

Abb. A1.13

Reaktionsschritte zur Synthese von Esterquats.

312

A1 Methoden zur Synthese von Tensiden

Synthese von Esteraminen

Die Herstellung von Esterquats geht von Talgfettsuren, deren wichtigster Bestandteil die Stearinsure ist, aus. Die Talgfettsuren aus Rinder- oder Schweine-talg werden durch Veresterung mit Alkanolaminen (z. B. Triethanolamin oder Methyldiethanolamin) zu Esteraminen umgewandelt.

Bildung des quaternren Ammoniumsalzes

Zur Bildung des Esterquats wird das Esteramin mit Dimethylsulfat zur Reaktion gebracht, dadurch wird der Stickstoff methyliert und quaterniert. Das Methylsulfat-Anion bleibt als Gegenion im Esterquat.

Bei Esterquats auf Basis anderer Alkanolamine ist die Methylierung mit Chlor-methan Åblich. Dann enthlt das Esterquat als Gegenion das Chlorid-Anion.

A2.1 Messverfahren zur biologischen Abbaubarkeit

313

A2

Messverfahren zur biologischen Abbaubarkeit

Um zuverlssig und reproduzierbar die Geschwindigkeit und das Ausmaß biologischer Abbaureaktionen zu messen, sind eine ganze Reihe international verwendeter Standard-Testverfahren entwickelt worden. Mit Hilfe dieser Tests lassen sich sowohl der Primrabbau als auch die Endabbaubarkeit von Tensiden bestimmen.

Einen berblick Åber wichtige Testverfahren zur Untersuchung der biologischen Abbaubarkeit bietet Abb. A2.1. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen bilden zusammen mit den Ergebnissen aus Çkotoxikologischen Studien die Grundlage zur Beurteilung der Umweltvertrglichkeit von Tensiden.

Abb. A2.1

Standard-Testmethoden zur biologischen Abbaubewertung von Tensiden im
berblick.

Waschmittel. GÅnter Wagner

Copyright c 2010 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

ISBN: 978-3-527-32678-5

314

A2 Messverfahren zur biologischen Abbaubarkeit

A2.1

Methoden zur Untersuchung des Primrabbaus

Die Primrabbaubarkeit ist nach Inkrafttreten der EU-Detergentienverordnung im Jahr 2004 nicht mehr das Zulassungskriterium fÅr die Verwendbarkeit von anionischen und nichtionischen Tensiden in Wasch- und Reinigungsmitteln.

Dennoch ist die Diskussion der dazugehÇrigen Testverfahren sinnvoll, da sie seit Mitte der 1960er Jahre bis Mitte 2004 die Abbaubewertungsbasis fÅr Tenside darstellten und gleichzeitig Åberhaupt die ersten international verwendeten Abbau-Standardtests reprsentierten.

Der Auswahltest (OECD-Screening-Test)

Dieses Testverfahren wird auch statisches Verfahren genannt, weil die Untersuchungssubstanz zu Versuchsbeginn einmalig zum Testansatz zugegeben wird und dann Åber die Testdauer der Abbau der Ausgangsverbindung analytisch verfolgt wird (Abb. A2.1).

Messprinzip

10 mg des zu untersuchenden Tensids werden in zwei Liter einer mineralischen NhrlÇsung gelÇst und mit einer geringen Menge an Mikroorganismen

(0,5 mL Abwasser/L) angeimpft. Die in einem lose verschlossenen Gefß befindliche LÇsung wird bei 25 hC gehalten und zum Eintrag von Sauerstoff geschÅttelt.

Das Tensid ist dabei die einzige Kohlenstoffquelle fÅr die Mikroorganismen. Es werden immer mehrere Anstze parallel untersucht, wobei definierte Standard-substanzen (leicht bzw. schwer abbaubares Tensid) als Vergleich dienen. Zur Messung des Primrabbaus werden in regelmßigen Abstnden, meist alle zwei Tage, Proben entnommen und die noch vorhandenen Tensidkonzentrationen bis zur maximalen Testdauer von 19 Tagen nach folgenden Methoden bestimmt:

x Bestimmung methylenblauaktiver Substanz (MBAS-Methode) zur Untersu-
chung anionischer Tenside;
x Bestimmung bismutaktiver Substanz (BiAS-Methode) zur Untersuchung nichtionischer Tenside.

Der statische Auswahltest ist streng bewertend, simuliert aber keine konkrete Umweltsituation, so dass im Zweifelsfall, d. h. bei Nicht–Erreichen des Abbau-grenzwerts, auf weitere Testverfahren, z. B. den praxisnahen Bettigungstest, zu-rÅckgegriffen werden sollte.

Der Besttigungstest (OECD-Confirmatory-Test)

Mit diesem Verfahren wird der Betrieb einer biologischen Klranlage im Modell nachgestellt (dynamisches Verfahren) (Abb. A2.1).

A2.1 Methoden zur Untersuchung des Primrabbaus

315

Messprinzip

Ein auf Labormaßstab verkleinertes Modell der biologischen Reinigungsstufe einer Klranlage (ca. 5 Liter Volumen) mit hoher Mikroorganismenkonzentration (Belebtschlamm einer kommunalen Klranlage) wird mit der zu untersuchenden TensidlÇsung zusammen mit leicht abbaubaren Nhrstoffen (synthetisches Abwasser) beschickt. Eine Dosierpumpe wird so eingestellt, dass die Untersu-chungslÇsung mit einer Aufenthaltsdauer von drei Stunden das Belebungsbecken der Anlage durchluft. Eine weitere Pumpe belÅftet den Belebtschlammbehlter und sorgt so fÅr ausreichende Mengen Sauerstoff. Im Absetzbecken wird der Belebtschlamm vom Anlagenablauf durch Sedimentation abgetrennt und mittels einer Pumpe wieder in das Belebungsbecken zurÅckgefÅhrt.

Aus der Differenz der Tensidkonzentrationen im Zu- und Ablauf der Anlage lsst sich der Grad des biologischen Primrabbaus bestimmen. Der Untersu-chungszeitraum betrgt insgesamt vier Wochen, wobei die ersten acht bis zehn Tage zur Adaption der Bakterien an die Testbedingungen dienen (Abb. A2.2).

Die Tensidkonzentrationen kÇnnen durch stoff- oder substanzgruppenspezifische Analysenverfahren, z. B. als methylenblauaktive Substanz (MBAS) fÅr anionische Tenside bzw. bismutaktive Substanz (BiAS) fÅr nichtionische Tenside, gemessen werden. Der Besttigungstest ist praxisnher als der Auswahltest, jedoch hngt seine Aussagekraft von der VerfÅgbarkeit einer spezifischen Analysenmethode ab, da Abwasser ein Vielstoffgemisch darstellt. Ein wichtiger Aspekt ist, dass mit dieser Methode nicht nur die Elimination der Tenside durch den biologischen Abbau, sondern auch durch Adsorption des Tensids am Klrschlamm erfasst wird.

Abb. A2.2

Verlauf des biologischen Abbaus im OECD-Confirmatory-Test.

316

A2 Messverfahren zur biologischen Abbaubarkeit

Abb. A2.3

3-stufige Modell-Klranlage im Labor zur DurchfÅhrung von Simulationstests.

Modell-Klranlagen kÇnnen unterschiedlich aufgebaut sein. Auch eine 3-stufige Klranlage mit zustzlicher Phosphor- und Stickstoff-Eliminationsstufe kann im Labormaßstab (5 L Belebungsbecken) realisiert werden (Abb. A2.3).

A2.2

Methoden zur Untersuchung des Totalabbaus

Seit Inkrafttreten der EU-Detergentienverordnung (2004) ist die Endabbaubarkeit fÅr alle Tensidgruppen das maßgebliche Zulassungskriterium fÅr den Einsatz in Wasch- und Reinigungsmitteln. Sie wird grundstzlich in PrÅfverfahren des Screening-Testtyps ermittelt, d. h. die nachfolgend diskutierte kontinuierliche Endabbau-Testmethode hat zwar im Kontext der aktuellen gesetzlichen Testanfor-derungen keine Relevanz, stellt aber als Klranlagen-Simulationstest dennoch ein testmethodisch wichtiges Pendant zu den Screeningtests dar. Alle zur Endabbau-barkeitsprÅfung maßgeblichen Screeningstests basieren auf den international verwendeten Standardtests fÅr „leichte biologische Abbaubarkeit“ (ready biodegradability) der OECD und entsprechen auch den in der EU-Chemikaliengesetzgebung verankerten (End-)AbbauprÅfmethoden.

Tests auf leichte biologische Abbaubarkeit (OECD 301A-F)

Grundstzlich entspricht der Versuchsaufbau der statischen Tests zur Bestimmung der Totalabbaubarkeit organischer Verbindungen der in Abb. A2.1 gezeigten Screening-Testmethodik: Ein Testgefß enthlt eine mineralische NhrlÇsung und die zu untersuchende Testsubstanz als alleinige Kohlenstoffquelle. Nach Be-

A2.2 Methoden zur Untersuchung des Totalabbaus

317
impfung mit Mikroorganismen (Abwasser bzw. Klrschlamm aus einer kommunalen Klranlage) erfolgt eine Inkubation Åber 28 Tage, wobei der Totalabbau je nach Testverfahren mit Hilfe eines hierzu geeigneten Analysenparameters verfolgt wird (Abb. A2.1).

Der Totalabbau organischer Verbindungen wird z. B. beim GF-Test (Geschlossener-Flaschen-Test bzw. Closed Bottle Test, OECD 301D) durch die Bestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB) nach 7, 14, 21 bzw. 28 Tagen gemessen. Dabei wird die Abnahme des im Wasser gelÇsten Sauerstoffs mit dem bei 100%igem Abbau theoretisch zu erwartenden Sauerstoffverbrauch in Beziehung gesetzt. Als Bezug dient die vollstndige Oxidation der Untersuchungssubstanz, wie sie sich Åber den chemischen Sauerstoffbedarf (CSB) feststellen lsst. Das Untersuchungsergebnis wird in BSB28/CSB angegeben. Dasselbe Messprinzip wird auch bei dem Manometric Respirometry Test (OECD 301F) und dem

MITI-Test (OECD 301C) angewandt. Eine fÅr schwerlÇsliche Verbindungen besonders geeignete Variante stellt der Two-phase Closed Bottle Test (ISO

10708:1997) dar.

Eine weitere Methode zur Bestimmung des Mineralisationsumfangs einer organischen Testverbindung ist die Messung der CO2-Produktion, wie im Falle des CO2-Evolutionstests (Sturm-Test, OECD 301B).

Der Totalabbau nichtflÅchtiger, wasserlÇslicher Testverbindungen kann schließ-
lich auch noch Åber den Parameter der DOC-Abnahme (DOC = gelÇster organisch gebundener Kohlenstoff) erfasst werden; dieses Messprinzip liegt dem DOC-die-away-Test (OECD 301 A) und dem modifizierten OECD Screening

Test (OECD 301 E) zugrunde. Bei diesen auf Messung der Kohlenstoff-Abnahme beruhenden Tests wird nicht nur der zu CO2 mineralisierte, sondern auch der in Biomasse umgesetzte Anteil der Testsubstanz erfasst. Da dieses Messverfahren bei Vorliegen schwerlÇslicher Anteile der Testsubstanz oder der Abbauzwischenprodukte zu falsch positiven Abbauresultaten fÅhren kÇnnte, sind Ergebnisse aus DOC-basierten Abbautestverfahren nur unter bestimmten Voraussetzungen zum Nachweis der gesetzlich geforderten Mindest-(End-)Abbaubarkeit von Tensiden akzeptiert.

Generell gilt aber, dass aufgrund der Strenge der „OECD Tests auf leichte Abbaubarkeit“ (ready biodegradability) bei berschreiten festgelegter Abbaugren-zwerte (60 % CO2 bzw. BSB/CSB, 70 % DOC-Abnahme) fÅr eine Testverbindung die Schlussfolgerung gerechtfertigt ist, dass der Endabbau in der Umwelt schnell und letztlich vollstndig erfolgt.

Coupled-Units-Test (OECD 303 A)

Diese Untersuchungsmethode ist eine Weiterentwicklung des OECD-Confirmatory-Tests. Der Aufbau ist allerdings komplizierter und besteht aus zwei parallel betriebenen Belebtschlammanlagen wie sie fÅr den Besttigungstest notwendig sind (Abb. A2.4).

318

A2 Messverfahren zur biologischen Abbaubarkeit

Abb. A2.4

Messprinzip zur Untersuchung der vollstndigen biologischen Abbaubarkeit nach dem Coupled-Units-Test.

Messprinzip

Eine Belebtschlammanlage wird mit gemischtem Abwasser (Kontrollanlage) oder NhrlÇsung (Versuchsanlage) beschickt, die andere Anlage erhlt die identische NhrlÇsung mit Zusatz der Untersuchungssubstanz. Der gelÇste organische Kohlenstoff (DOC-Wert) im Zu- und Ablauf beider Anlagen wird gemessen. Aus der Differenz der Messergebnisse in den beiden Anlagen lsst sich das Abbau- bzw.

Eliminationsverhalten des untersuchten Stoffes feststellen. Damit beide Anlagen eine identische Aktivitt (gleiche biologische Basis) zeigen, wird der Schlamm in regelmßigen Abstnden teilweise ausgetauscht, daher auch der Name „gekop-pelte Einheiten“ = coupled units.

Mit dem Coupled-Units-Test lsst sich praxisnah der Totalabbau von Tensiden erfassen, wobei der Einfluss adsorptiver Eliminationsprozesse whrend der mehrwÇchigen Testdauer rechnerisch berÅcksichtigt werden kann. Die Testverhltnisse entsprechen in etwa realistischen Klranlagenbedingungen.

Gesetzliche Regelungen, Selbstverpflichtungen und freiwillige Vereinbarungen 319

A3

Gesetzliche Regelungen, Selbstverpflichtungen und
freiwillige Vereinbarungen

In der Bundesrepublik Deutschland trat 1961 zum ersten Mal eine gesetzliche Regelung Åber Inhaltsstoffe in Wasch- und Reinigungsmitteln, das Detergentiengesetz, in Kraft. In diesem Gesetz wurde eine mindestens 80%ige biologische Primrabbaubarkeit fÅr anionische Tenside vorgeschrieben. Das Gesetz war eine Reaktion auf die im heißen Sommer 1959 auftretenden Schaumberge auf den deutschen FlÅssen, die durch das biologisch schwer abbaubare Tensid Tetrapropylenbenzolsulfonat (TPS) verursacht wurden. Da in diesem Gesetz ein rein Çkologischer Substanzparameter, die biologische Abbaubarkeit, die Verwendbarkeit der Tenside in Wasch- und Reinigungsmitteln festlegte, kann das Detergentiengesetz als erstes Umweltgesetz der Bundesrepublik bezeichnet werden. Es trat zu einer Zeit in Kraft, als es ein Bewusstsein Åber Çkologische Zusammenhnge, ein Umweltbewusstsein, wie wir es heute kennen, noch nicht gab.

Das Detergentiengesetz erwies sich in der Folgezeit durch die steigenden Verbrauchsmengen an Wasch- und Reinigungsmitteln nicht als ausreichend, zumal die immer wichtiger werdenden nichtionischen Tenside noch keiner gesetzlichen Regelung unterlagen. Daraufhin wurde es in den siebziger und achtziger Jahren des letzten Jahrhunderts durch das Waschmittelgesetz (1975) abgelÇst. Auf dessen Grundlage wurden die Tensidverordnung (1977) und die PhosphathÇchst-mengenverordnung (1980) erlassen. Das Waschmittelgesetz und die Verordnungen dienten vorrangig dem Schutz der Umwelt vor den unerwÅnschten Auswirkungen der Inhaltsstoffe von Wasch- und Reinigungsmitteln.

Am 1.1.1987 trat in der Bundesrepublik Deutschland eine genderte und erweiterte Fassung des Waschmittelgesetzes von 1975 in Kraft, das Wasch- und Reinigungsmittelgesetz (WRMG). Danach durften Wasch- und Reinigungsmittel nur so in Verkehr gebracht werden, „dass nach ihrem Gebrauch jede vermeidbare Beeintrchtigung der Gewsser unterbleibt“: Wesentliche Anforderungen an Waschmittel waren der biologische Primrabbau von Tensiden sowie die Meldung von Rahmenrezepturen und anderer Angaben zur Umweltvertrglichkeit an das Umweltbundesamt.

Das WRMG regelte zum ersten Mal nicht nur die Umweltvertrglichkeit der Inhaltsstoffe, sondern besaß zustzlich noch einen vorsorgenden Charakter.

Ein wichtiges Anliegen war dabei, eine Minimierung der Verbrauchsmengen zu erreichen und damit den Eintrag von Wasch- und Reinigungsmitteln in die Waschmittel. GÅnter Wagner

Copyright c 2010 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

ISBN: 978-3-527-32678-5

320

A3 Gesetzliche Regelungen, Selbstverpflichtungen und freiwillige Vereinbarungen Umwelt zu reduzieren. Aus diesem Grunde wurden sowohl die Dosierungsempfehlungen als auch die Kennzeichnung von Wasch- und Reinigungsmitteln einer gesetzlichen Regelung unterworfen mit dem Ziel, die Verbraucher zum sparsa-men Umgang mit Wasch- und Reinigungsmitteln anzuhalten.

Im Rahmen der Harmonisierung in der Europischen Union (EU) ist am 8. Oktober 2005 die Detergenzienverordnung (EG) Nr. 648/2004 in Kraft getreten, die als europische Verordnung in ihren verbindlichen Teilen in allen Mitgliedstaaten gilt, ohne dass es einer Umsetzung bedarf. Sie hat das deutsche WRMG im Wesentlichen abgelÇst und enthlt Vorschriften sowohl zum Schutz der Umwelt als auch der Gesundheit der Verbraucher, z. B.

x zum Endabbau aller Tensidklassen (anionisch, nichtionisch, kationisch, amphoter), d. h. Åber den Primrabbau hinaus der vollstndige biologische Abbau bis auf die Stufe von Mineralsalzen, Kohlendioxid und Biomasse; x Åber zustzliche Angaben zu den Waschmittelinhaltsstoffen: Neu hinzugekommen sind sowohl zwei Stoffgruppen (optische Aufheller und Duftstoffe) sowie als Einzelstoffe 26 Riechstoffe (s. unten) und die Konservierungsstoffe. Diese Einzelstoffe sind mit ihren INCI-Bezeichnungen zu kennzeichnen;
x zu Dosierungsempfehlungen, wobei drei Wasserhrtebereiche (weich, mittel, hart) berÅcksichtigt werden. DarÅber hinaus muss die Zahl der Waschmaschi-nenfÅllungen angegeben werden, die mit dem Packungsinhalt gewaschen werden kÇnnen, und zwar bezogen auf normal verschmutzte Wsche bei Voll-
waschmitteln und auf leicht verschmutzte Wsche bei Feinwaschmitteln.

Die Anpassung des deutschen Wasch- und Reinigungsmittelgesetzes an die europische Detergenzienverordnung trat im Juni 2007 in Kraft. Dadurch wurde u. a.

festgelegt, dass Rezepturinformationen Åber Wasch- und Reinigungsmittel, die in Deutschland vermarktet werden, an das Bundesinstitut fÅr Risikobewertung (BfR) gesandt werden mÅssen. Das BfR stellt diese Daten den deutschen Giftinformationszentren zur VerfÅgung, damit sie bei Anfragen schnell Therapie-empfehlungen geben kÇnnen.

Zustzlich zum WRMG gelten fÅr Waschmittel auch die Vorschriften des Chemikalienrechts, das Lebensmittel-, Bedarfsgegenstnde- und Futtermittelgesetz-buch (LFGB) und die Fertigpackungsverordnung.

Falls ein Waschmittel als gefhrlich (z. B. reizend) gekennzeichnet werden muss, erfolgt dies bisher auf Grundlage der europischen Zubereitungsrichtlinie 1999/45/EG. Sptestens ab dem 1. Juni 2015 muss die Kennzeichnung von Produkten, die neu in den Verkehr gebracht werden, auf die Vorschriften des Global harmonisierten Systems (GHS) zur Einstufung und Kennzeichnung gemß der

„GHS-Verordnung“ (EG) Nr. 1272/2008 umgestellt werden. Der Abverkauf bereits vorher hergestellter Produkte ist anschließend noch bis zum 1. Juni 2017
mÇglich.

Neben den gesetzlichen Regelungen spielen im Waschmittelbereich Selbstverpflichtungen und freiwillige Vereinbarungen eine ganz besondere Rolle als Ergebnis eines seit Jahrzehnten intensiv gepflegten Dialogs der Branche mit den zustndigen BehÇrden.

Gesetzliche Regelungen, Selbstverpflichtungen und freiwillige Vereinbarungen 321

Nachfolgend sind die wesentlichen Selbstverpflichtungen und freiwilligen Vereinbarungen aufgefÅhrt:

Kennzeichnung enzymhaltiger Waschmittel

1971

Dosierempfehlung fÅr Waschmittel

1973

Beschrnkung des Phosphateinsatzes in Waschmitteln

1985

Weitergabe von Rahmenrezepturen an Gesundheitsstellen

1975/1993

Begrenzung des Einsatzes von NTA in Waschmitteln

1984

Verzicht auf den Einsatz von APEO in Waschmitteln

1986

Freiwillige Meldung von Daten Åber die Umweltvertrglichkeit

1987

Empfehlung zur umweltbezogenen Werbung fÅr Waschmittel

1987

Inhaltsstoffkennzeichnung von Waschmitteln

1990

Verzicht auf Distearyldimethylammoniumchlorid (DSDMAC)

1990

Verzicht auf EDTA

1991

Verzicht auf Moschusxylol

1993

Code of Practice zur Vermeidung von Verwechselungen mit Lebensmitteln 1995

Freiwillige Informationsweitergabe bezÅglich gentechnisch hergestellter 1996

Enzyme seitens der Waschmittelhersteller (auf Anfrage)

Reichweitenangaben auf Waschmittelpackungen

1997

Empfehlung zur Ergiebigkeit/ Messbecherinhalt

2002

Erhebung der Einsatzmengen der wichtigsten Inhaltsstoffe
jhrlich
seit 1997

IKW-Erklrung zum Umwelt- und Verbraucherschutz

1985/1995

GrÅndung der Dialogplattform FORUM WASCHEN fÅr Nachhaltigkeit

2001
beim Waschen (www.forum-waschen.de)

IKW-Erklrung zur Nachhaltigkeit

2004

IKW-Nachhaltigkeitsbericht (jhrlich bzw. zweijhrlich)

Seit 2005

Initiative Nachhaltiges Waschen und Reinigen (A.I.S.E. Charter Sustainble 2005

Cleaning; www.sustainable-cleaning.org)

Information zur Wasch- und Reinigungsmitteln im Internet:

2008
www.cleanright.org

322

A3 Gesetzliche Regelungen, Selbstverpflichtungen und freiwillige Vereinbarungen Deklarierungspflichtige Duftstoffe gemß europischer Detergenzienverordnung (ab einem Gehalt von 0,01 % im Endprodukt):

AMYL CINNAMAL

BENZYL ALCOHOL

CINNAMYL ALCOHOL

CITRAL

EUGENOL

HYDROXYCITRONELLAL

ISOEUGENOL

AMYLCINNAMYL ALCOHOL

BENZYL SALICYLATE

CINNAMAL

COUMARIN

GERANIOL

HYDROXYISOHEXYL 3-CYCLOHEXENE CARBOXALDEHYDE

ANISE ALCOHOL

BENZYL CINNAMATE

FARNESOL

BUTYLPHENYL METHYLPROPIONAL

LINALOOL

BENZYL BENZOATE

CITRONELLOL

HEXYL CINNAMAL

LIMONENE

METHYL 2-OCTYNOATE

ALPHA-ISOMETHYL IONONE

EVERNIA PRUNASTRI EXTRACT

EVERNIA FURFURACEA EXTRACT

A4.1 PulverfÇrmige Waschmittel

323

A4

Rahmenrezepturen verschiedener Vollwaschmitteltypen

(Europa 2009)

A4.1

PulverfÇrmige Waschmittel

(Massenanteile der Bestandteile in %)

Funktions-

Beispiele

Voll-WM

Voll-WM

Color-WM

Voll-WM

Color-WM
bausteine

Normalware

Normalware

Normalware

Super-

Super-

Kompaktat

Kompaktat

Kompaktat
kompakt
kompakt

Zeolithbasis

LÇsliche

LÇsliche

Enthrter-

Enthrter-
systeme
systeme

Anionische

LAS, FAS

8 - 15

8 - 15

10 - 20

10 - 25

10 - 25

Tenside

Nichtionische

FAEO

1 - 5

1 - 5

1 - 5

5 - 15

5 - 15

Tenside

Seife

1 - 3

1 - 3

1 - 3

I 1

I 1

GerÅststoffe

Zeolith A

25 – 50

-

-

20 - 40

20 - 40

LÇsliche Silicate

5 - 10

5 - 10

1 - 5

(Natriumdisilicat)

Alkalien

Soda

20 - 40

20 - 40

20 - 40

1 - 5

1 - 5

Co-Builder

Polycarboxylate

3 - 5

3 - 5

3 - 5

2 - 8

2 - 8

Bleichmittel

Natriumper-

10 - 25

10 - 25

-

10 – 20

-
carbonat

Bleich-

Tetraacetylethylen-

1 - 3

1 - 3

-

3 – 10

-
aktivatoren
diamin - TAED

Stabilisatoren

Phosphonate,

0 – 1

0 – 1

0 - 1

0 – 1

0 – 1
andere Komplex-
bildner

Enzyme

Proteasen, Amyla-

0 – 1

0 – 1

0 - 1

0,5 – 2,0

0,5 – 2,0
sen, Lipasen, Cel-
lulasen, Mannana-
sen

Waschmittel. GÅnter Wagner

Copyright c 2010 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

ISBN: 978-3-527-32678-5

324

A4 Rahmenrezepturen verschiedener Vollwaschmitteltypen (Europa 2009)

Fortsetzung von A4.1 PulverfÇrmige Waschmittel

(Massenanteile der Bestandteile in %)

Funktions-

Beispiele

Voll-WM

Voll-WM

Color-WM

Voll-WM

Color-WM
bausteine

Normalware

Normalware

Normalware

Super-

Super-

Kompaktat

Kompaktat

Kompaktat
kompakt
kompakt

Zeolithbasis

LÇsliche

LÇsliche

Enthrter-

Enthrter-
systeme
systeme

FarbÅber-

PVP / PVPNO

-

-

+

-

+
tragungs-
inhibitoren

Optische

Stilbenderivate

0,1 – 0,3

0,1 – 0,3

-

0,1 – 0,3

-

Aufheller

Cellulose-

Carboxymethyl-

0 - 1

0 - 1

1 – 2

0 – 1

0 - 1
derivate
cellulose

(Vergrauungs-
inhibitoren)

Schmutz-

Copolymere aus

+

+

+

+

+
abweiser

Ethylenoxid und

(Soil Release

Terephthalsure

Polymere)

Schaum-

ParaffinÇl,

0,1 – 4,0

0,1 – 4,0

0,1 – 4,0

0,1 – 2,0

0,1 – 2,0
regulatoren

SilikonÇl

Duftstoffe

Duftstoffgemisch

+

+

+

+

+/-

FÅll- und

Natriumsulfat

5 - 30

20 - 40

20 - 40

1 - 5

1 - 5

Hilfsstoffe

Wasser

Wasser

Rest

Rest

Rest

Rest

Rest

+ = enthalten

A4.2 FlÅssige Waschmittel

325

A4.2

FlÅssige Waschmittel

(Massenanteile der Bestandteile in %)

Funktionsbausteine

Beispiele

Voll-WM

Color-WM

Voll-WM

Color-WM

Gel

Gel

Superkonzentrat

Superkonzentrat

Anionische Tenside

LAS, FAS, FAES,

15 - 30

15 - 30

15 - 40

15 - 40

SAS

Nichtionische

FAEO

10 - 20

10 - 20

10 - 20

10 - 20

Tenside

Seife

5 - 15

5 - 15

5 - 18

5 - 18

GerÅststoffe

Citrat

1 - 5

1 - 5

1 - 5

1 - 5

(Enthrter)

Co-Builder

Polycarboxylate

1 - 5

1 - 5

I 1

I 1

Stabilisatoren

Phosphonate, andere

I 1

I 1

I 1

I 1

Komplexbildner

Borsure

I 1

I 1

I 1

I 1

Enzyme

Proteasen, Amylasen,

+

+

+

+

Lipasen, Cellulasen,

Mannanasen

FarbÅbertragungs-

PVP / PVPNO

-

+

-

+
inhibitoren

Optische Aufheller

Stilbenderivate

+

-

+

-

Cellulosederivate

Carboxymethylcellu-

+

+

+

+

(Vergrauungsinhi-
lose
bitoren)

Schmutzabweiser

Copolymere aus

+

+

+

+

(Soil Release

Ethylenoxid und

Polymere)

Terephthalsure

Schaum-

ParaffinÇl, SilikonÇl

+

+

+

+
regulatoren

Duftstoffe

Duftstoffgemisch

+

+

+

+

LÇsungsmittl

Propylenglykol

5 - 15

5 - 15

3 - 10

3 - 10

Wasser

Wasser

Rest

Rest

Rest

Rest

+ = enthalten

326

A4 Rahmenrezepturen verschiedener Vollwaschmitteltypen (Europa 2009)

A4.3

Waschmitteltabs

(Massenanteile der Bestandteile in %)

Funktionsbausteine

Beispiele

Vollwaschmittel

Colorwaschmittel

Anionische Tenside

LAS, FAS

10 - 20

10 - 20

Nichtionische Tenside

FAEO

1 - 5

1 - 5

Seife

I 1

I 1

GerÅststoffe (Enthrter)

Zeolith A

15 - 30

15 - 30

Schichtsilicate/

Natriumdisilicat

0 – 9

0 - 9

LÇsliche Silicate

Alkalien

Soda

I1

5 - 15

Co-Builder

Polycarboxylate

2 - 5

2 - 5

Bleichmittel

Natriumpercarbonat

10 - 20

-

Bleichaktivatoren

Tetraacetylethylendiamin - TAED

3 - 7

-

Stabilisatoren

Phosphonate, andere Komplexbildner

I1

I1

Enzyme

Proteasen, Amylasen, Lipasen, Cellulasen,

1 - 4

1 - 4

Mannanasen

FarbÅbertragungs-

PVP / PVPNO

-

+
inhibitoren

Optische Aufheller

Stilbenderivate

+

-

Cellulosederivate

Carboxymethylcellulose

+

+

(Vergrauungs-
inhibitoren)

Schmutzabweiser

Copolymere aus Ethylenoxid und

+

+

(Soil Release Polymere)

Terephthalsure

Schaumregulatoren

ParaffinÇl, SilikonÇl

+

+

Duftstoffe

Duftstoffgemisch

+

+

FÅll- und Hilfsstoffe

Natriumsulfat

2 - 5

2 - 5

Zerfallsmittel

Alternativ:

5 - 20

5 - 20
x Brausemittel: Hydrogencarbonat/

Citronensure
x Quellmittel: PVP (schwach vernetzt),

Carboxymethylstrke, Cellulose
x Gut lÇsliche Salze: Natriumacetat,

Natriumcitrat
x WasserlÇsliches Coating: Dicarbonsuren,

Carboxymethylcellulose

Wasser

Wasser

Rest

Rest

+ = enthalten

AbkÅrzungsverzeichnis 327

A5

AbkÅrzungsverzeichnis

A.I.S.E.

Association Internationale de la Savonnerie, de la Dtergence et des

Produits d’Entretien; International Association for Soaps, Deter-
gents and Maintenance Products; Verband der europischen

Waschmittelindustrie

APEO

Alkylphenolethoxylate

APG

Alkylpolyglucoside

ATMP

Aminotris(methylenphosphonsure), (Nitrilotrismethylen)-
trisphosphonsure

BiAS

Bismutaktive Substanz (Summe der Niotenside)

BSB5

Biochemischer Sauerstoffbedarf bei einer Messdauer von fÅnf

Tagen

CEFIC

European Chemical Industry Council, Verband der europischen

Chemieindustrie

CMC

Carboxymethylcellulose

CSB

Chemischer Sauerstoffbedarf

DAED

Diacetylethylendiamin

DAIS

Dialkylimidazoliniummethylsulfat

DOC

Dissolved organic carbon (in Wasser gelÇster, organisch gebundener

Kohlenstoff)

DSBAS

Disulfinblauaktive Substanz (Summe der Kationtenside)

DSDMAC

Distearyldimethylammoniumchlorid

DTPMP

Diethylentriaminpenta(methylenphosphonsure)

EC0, EC50,

Effect concentration. Maß fÅr akute oder subakute Toxizitt bei

EC100

Daphnien (WasserflÇhen), Algen und vergleichbaren Organismen.

Gibt die jeweilige Konzentration an, bei der sich gerade bei 0 %,

50 % bzw. 100 % der untersuchten Individuen ein vorher definierter

Effekt (Wachstumshemmung, Schwimmfhigkeit u. a.) beobachten
lsst. Beobachtungszeitraum und Testbedingungen sind in ver-
schiedenen genormten Testverfahren festgelegt. Messwerte bei

Algen beziehen sich immer auf lngere Beobachtungszeitrume,
sind also als Maß fÅr die chronische Toxizitt aufzufassen.

EDDS

Ethylendiamin-N,N’-disuccinat

EDTA

Ethylendiamintetraacetat

Waschmittel. GÅnter Wagner

Copyright c 2010 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

ISBN: 978-3-527-32678-5

328

A5 AbkÅrzungsverzeichnis

EDTMP

Ethylendiamintetra(methylenphosphonsure)

EQ

Esterquats

FAA

Fettsurealkanolamide

FAEO

Fettalkoholethoxylate

FAES

Fettalkoholethersulfate

FAS

Fettalkoholsulfate

GLDA

Tetranatrium Glutamat-diacetat

HEDP

1-Hydroxyethan-1,1-diphosphonsure, Etidronic acid, Ethylen-
diamintetra(methylenphosphonsure)

Hera-Projekt Human and Environmental Risk Assessment

IDS

Iminodisuccinat

IKW

Industrieverband KÇrperpflege- und Waschmittel e. V.

INCI

International Nomenclature of Cosmetic Ingredients. INCI-System:

Verbindliche einheitliche Vorgabe fÅr kosmetische Mittel in den

EU-Lndern, mit welchen Bezeichnungen und in welcher Reihen-
folge die Zusammensetzung eines kosmetischen Produktes ange-
geben wird. Die Inhaltsstoffe sind erfasst in einer Liste, aus der ihre chemische Bezeichnung (in englisch) und ihre kosmetischen

Funktionen hervorgehen. Durch die EU-Detergenzienverordnung
von 2004 werden diese Bezeichnungen teilweise auch auf die In-
haltsstoffangaben von Wasch- und Reinigungsmitteln Åbertragen.

LAS

Lineare Alkylbenzolsulfonate

LC0, LC50,

Lethal concentration. Maß fÅr die akute Toxizitt; gibt die jeweilige LC100

Konzentration an, bei der gerade 0 %, 50 % bzw. 100 % der unter-
suchten Individuen sterben. Messdauer 48–96 Stunden.

MBAS

Methylenblauaktive Substanz (Summe der Aniontenside)

MGDA

Methylglycindiessigsure-Trinatriumsalz

NOEC

No observed effect concentration. Maß fÅr die chronische Toxizitt;
jeweilige Konzentration, bei der kein schdigender Effekt bei den
untersuchten Arten mehr beobachtet wird.

NTA

Nitrilotriacetat

NTPP

Natriumtripolyphosphat (in Wasch- und GeschirrspÅlmitteln ein-
gesetztes Phosphat); Pentanatriumtriphosphat

OECD

Organisation for economic cooperation and development (Organi-
sation fÅr wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung)

PEC

Predicted environmental concentration. Unter ungÅnstigen, aber
realistischen Bedingungen zu erwartende Konzentration einer

Substanz in der Umwelt.

PNEC

Predicted no-effect concentration. Prognostizierte Konzentration,
bei der in der Umwelt keinerlei negative Effekte auf Lebewesen
mehr auftreten.

PVAL

Polyvinylalkohol

PVP

Polyvinylpyrrolidon (FarbÅbertragungsinhibitor)

PVNO

Poly-4-vinylpyridin-N-oxid

AbkÅrzungsverzeichnis 329

PVP/VI

Copolymere aus Vinylpyrrolidon und Vinylimidazol (FarbÅbertra-
gungsinhibitor)

SAS

Sekundre Alkansulfonate

SRP

Soil Release Polymere

TAED

Tetraacetylethylendiamin

TEGEWA

Verband der Hersteller von Textilhilfsmitteln, Gerbstoffen und

Waschrohstoffen.

TPS

Tetrapropylenbenzolsulfonat

WRMG

Gesetz Åber die Umweltvertrglichkeit von Wasch- und Reini-
gungsmitteln (Wasch- und Reinigungsmittelgesetz)

330

Sachverzeichnis

Sachverzeichnis
a

Alkylpolyglucoside (APG) 47f.

Abbaubarkeit von Tensiden, biologische

– Herstellung

48, 306f.

– Abbauweg/-vorgnge

Allergie, allergische Reaktionen

– aerober Abbau

Aminotris(methylenphosphonsure) (ATMP)

– anaerober Abbau
amphiphil

– Messverfahren zur biologischen

Amphotenside, siehe amphotere Tenside

Abbaubarkeit
amphotere Tenside

32f., 52f., 234

– – Primrabbau

Amylasen

114

– – Totalabbau
anionische Tenside

32f., 37ff., 85ff.

– Testergebnisse zur biologischen

– Alkansulfonate (SAS) 42f.

Abbaubarkeit

– Alkylbenzolsulfonate (TPS, LAS)

40ff.

AbkÅrzungsverzeichnis

321

– Fettalkoholethersulfate (FAES)

44

Ablufttrockner

27

– Fettalkoholsulfate (FAS)

43

Absatzmrkte 187ff.

– Gewsserbelastung

230, 232ff.

– Deutschland

191

– methylenblauaktive Substanz (MBAS)

– Europa

188ff.

230

Abwasserbelastung

225ff.

– Micellbildung

58f.

– Klranlage

226ff.

– Seife

37ff.

– Reinigung

225ff.

antimikrobielle Substanzen

– Sauerstoffbedarf

227

APEO (Alkylphenolethoxylate)

– Untersuchungsmethoden

227

APG (Alkylpolyglucoside)

Acrylsure, Copolymer
aquatische Toxizitt 245ff.

Adhsionskrfte

– akute Toxizitt

245f.

Adsorptionskinetik

70f.

– Langzeit-Toxizitt

246ff.

Agitator-Bottichwaschmaschinen

19

ATMP (Aminotris(methylenphosphonsure))

A.I.S.E.

Aufheller, optische
akute Toxizitt

245f.

Avivagemittel

– Effektkonzentration (EC)

245
aussalzen

298

– letale Konzentration (LC)

245

Alkalitt
b

Alkanolamide

49, siehe auch Fettsure-

Basiswaschmittel
alkanolamide

Baukastenwaschmittel/Baukastensysteme

Alkansulfonate

42f.

Baumwolle

9

– sekundre Alkansulfonate (SAS) 42f.

Baumwollfaser

Alkylbenzolsulfonate 40ff.

Beladung einer Waschmaschine

– lineare Alkylbenzolsulfonate (LAS)

41f.

BenetzungsvermÇgen

62ff.

– Synthese

300f.

– Randwinkel

63

– Tetrapropylenbenzolsulfonat (TPS)

40f.

– Umnetzung 65

Alkylphenolethoxylate (APEO)

49, 250

Bentonite

82f.

Waschmittel. GÅnter Wagner

Copyright c 2010 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

ISBN: 978-3-527-32678-5

Sachverzeichnis 331

Benzalkoniumchlorid

Carboxymethylcellulose (CMC)

117, 120

Betain

– kologie

260

Betanidin

Carotin (b-Carotin)

BIAS-Methode (bismutaktive Substanz)

CEFIC
biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB5) 227

Cellulasen 114f.

Biofilm

216

Cellulose

Biokatalysator

Celluloseether
biologischer Abbau

229, 235ff.

Chelatkomplex

91

– anaerob

243f.

Chemiefasern 12ff.

– aquatische Nahrungskette

236

– Elastan

13

– Primrabbau

237ff.

– Lyocell

12

– Tenside

235ff.

– Mikrofaser

13

– Testverfahren

237, 309ff.

– Polyamid

12f.

– Totalabbau

237ff.

– Polyester

12f.

bismutaktive Substanz (BiAS)

230, 234

– texturieren 13

Bleichaktivatoren 107ff.

– Viskose

12

– Decanoyloxybenzoesure (DOBA)

109

– Waschbarkeit

16

– Natrium-nonanoyloxybenzolsulfonat
chemischer Sauerstoffbedarf (CSB)

227

(NOBS)

109

Chlorbleiche

102, 106f.

– kologie

258

– Mechanismus

107

– Tetraacetylethylendiamin (TAED)

107

Citrate

96f.

Bleichkatalysatoren

109f.

Citronensure

Bleichmittel

75, 101ff.

Co-Builder

97f.

– Aktivatoren

107ff.

Colorwaschmittel

79ff.

– Bleichmechanismus

104ff.

– FarbÅbertragungsinhibitor

79

– Chlorbleiche

102, 106f.

– flÅssig

80f.

– Katalysatoren 109f.

– pulverfÇrmig 79f.

– Keimverminderung

215ff.

CSB (chemischer Sauerstoffbedarf) 227

– Natriumperborat

101ff.

Curcumin

– Natriumpercarbonat

104

Cyanidin

– kologie

257

Cyclodextrin

149f.

– Peroxocarbonsuren

110f.

– Rasenbleiche

101
d

– Sauerstoffbleiche

103ff.

Dateninventar

269f.

– separate Bleichmittel

138f.

– Datenbanken

269

– Wasserstoffperoxid

104

– Waschmittel

273ff.

Bleichsoda

Decanoyloxybenzoesure (DOBA) 109

Bleichstabilisatoren

Detergenzienverordnung (EG)

316

Bodensee (GewsserÇkologie,

Diethylentriaminpenta(methylenphosphon-

Phosphorgehalt)

sure) (DTPMP)

Borate

101ff., 257

Diffusionskinetik

70f.

Bottich-Waschmaschinen

Dioxan

305f.

BSB (biochemischer Sauerstoffbedarf)

DispergiervermÇgen

67f.

BÅgelhilfen

149

Dispersion

67

BÅgelwasser

Distearyldimethylammoniumchlorid

Builder, siehe GerÅststoffe

(DSDMAC) 52, 141

Bundesinstitut fÅr Risikobewertung (BfR)

DOC (gelÇster organischer Kohlenstoff)

213

Dosierung

Buntwaschmittel

– Dosieranleitung

– Dosierempfehlungen
c

– Dosiergenauigkeit

Carbon Footprint

271f., 290f.

– Dosierhilfen

Carbonatgleichgewicht

6f.

– Dosiervorschriften

182f.

332

Sachverzeichnis

DSDMAC (Distearyldimethylammonium-

FarbÅbertragungsinhibitoren

79, 120ff.

chlorid)

52, 141

– Copolymere aus Vinylpyrrolidon und

DTPMP (Diethylentriaminpenta(methylen-

Vinylimidazol (PVPVI)

120f.

phosphonsure))

– Polyvinylpyrrolidon (PVP)

120f.

Duftstoffe

129f.

– Poly-4-vinylpyridin-N-oxid (PVNO)

– Deklarierungspflicht

318

– separate Verfrbungsinhibitoren

140

– Hautvertrglichkeit

210

Feinwaschmittel

81f.

– kologie

259f.

Fettalkohole

43, 302

Dye Fixatives, siehe Farbpflegepolymere

– Synthese

302f.

Fettalkoholethersulfate (FAES)

44
e

– Synthese

304

EDDS (Ethylendiamin-N,N’-disuccinat)

Fettalkoholethoxylate (FAEO)

46f.

EDTA (Ethylendiamintetraacetat)

– Abbau

240

EDTMP (Ethylendiamintetra(methylen-

– Dioxanbildung

305f.

phosphonsure))

– Synthese

304ff.

EinspÅlkammer einer Waschmaschine

Fettalkoholpolyglykolether, siehe Fettalkohol-

Elastan

13
ethoxylate
elektrokinetisches Potential

Fettalkoholsulfate (FAS)

43

Elimination

229

– Abbau

240, 242

Emulsion 67

– Synthese

302f.

Endabbau, siehe Totalabbau

Fettsure-Verseifung

298f.

Energielabel

25ff.

Fettsurealkanolamide

49

Energieverbrauch/Energiebedarf beim

Fleckensalze

138

Waschen

Fleckvorbehandlung

198ff.

Energy Efficiency Index (EEI)

26

FlÅssigwaschmittel

78f., 80f.

Enthrtersysteme, siehe GerÅststoffe

– Herstellung

159f.

Enzyme

111ff.

Fluoreszenz, Mechanismus

– Amylase

114

FormspÅler

148

– Arten

111

FORUM WASCHEN

223, 285f.

– Cellulase

114f.

Frontlader

– Lipase

114

FÅllstoffe

131

– Mannanase 115f.

– kologie

258f.

g

– Protease

114

Galactomannane

– Stabilisierung

116

Gardinenwaschmittel

82f., 149

Esterquats 52

Gefahrenkennzeichnungen

204ff.

– Synthese

307f.

Gefahrstoffsymbole

Ethylendiamintetraacetat (EDTA)

125ff.

gentechnisch produzierte Enzyme

– kologie

256

GLDA (Tetranatrium Glutamat-diacetat)

Ethylendiamin-N,N’-disuccinat (EDDS)

Geruchsabsorber

132ff.

Ethylendiamintetra(methylenphosphonsure)

– Cyclodextrine

133f.

(EDTMP)

– Zinksalze

133

Ethylenoxid 304

GerÅststoffe

74, 88ff.

Eutrophierung 251

– Citrate

96f.

Extrusionstechnik

– Co-Builder

97f.

– Entwicklung

90f.

f

– Fllungsenthrter

89

FAEO (Fettalkoholethoxylate) 46f.

– Kriterien 89

FAES (Fettalkoholethersulfate) 44

– Nitrilotriacetat (NTA)

99

FAS (Fettalkoholsulfate) 43

– Pentanatriumtriphosphat

91f.

Fllungsenthrter

89

– Phosphate

89f.

Farbpflegepolymere

122

– Polycarboxylate

96ff.

Farbstoffe

101f., 130

– Silicate

95f.

Sachverzeichnis 333

– Vergleich

94f.

HochdrucksprÅhverfahren

153ff.

– Zeolithe

90, 92ff.

– Slurry

153

Gesamthrte, s. Wasserhrte

Holzasche

Geschichte

163ff.

Human and Environmental Risk Assessment

– Altertum

163f.

(HERA)

211f.

– Angebotsformen

169ff.

Hydrogencarbonat (s. Natriumhydrogen-

– Feinwaschmittel

167f.

carbonat)

– industrielle Produktion

166

1-Hydroxyethan-1,1-diphosphonsure

– Mittelalter

165f.

(HEDP)

– Optimierung 168f.

Hygiene 213ff.

– Vollwaschmittel

166f.

– Biofilm

216

– Waschgewohnheiten

173ff.

– Infektionskette

214

Gesetzgebung

315ff.

– Keimverminderung

215ff.

– Detergenzienverordnung (EG)

316

HygienespÅler

149

– Selbstverpflichtungen

317

– Wasch- und Reinigungsmittelgesetz
i

(WRMG)

315

IDS (Iminodisuccinat)

Gesundheitsrisiken

203ff.,

Iminodisuccinat (IDS)

siehe auch Verbraucherschutz

Initiative „Nachhaltiges Waschen und

Gewsserbelastung

Reinigen“ (CHARTER) 289f.

GewsserÇkologie

Inkrustation

Gewebeconditioner

147f.

Internetadressen

296

Giftinformationszentrum 212
ionische Tenside, siehe anionische Tenside oder

Global Harmonisiertes System (GHS)

kationische Tenside

204

Glycoside

47
k

„goldene“ Regeln

192ff.

Kalkseife

39f.

– Beladung

193

Kalt-Waschgang 73

– Dosierung

194ff.

kationische Tenside

32f., 50ff.

– Einkauf

198

– Distearyldimethylammoniumchlorid

– Pflegehinweise

193

(DSDMAC)

52

– Sortieren

192

– Esterquats

52

– Temperatur

196f.

– Gewsserbelastung

234

– Trocknen

201

– Micellbildung

58f.

Grad deutsche Hrte

– Synthese

307f.

Granulation
keimvermindernde Faktoren 215f.

Grenzflchen

62ff.

Klranlage, Aufbau

– flÅssig-fest

63

KokosÇl

– flÅssig-flÅssig

62

Kompaktwaschmittel

76

Grenzflchenaktivitt

55

– Herstellung

155ff.

Komplexbildner

125ff.

h

– Entwicklung

128

Handwaschmittel

83

– Ethylendiamin-N,N’-disuccinat (EDDS)

Hautvertrglichkeit

209ff.

125ff.

– Duftstoffe

210

– Ethylendiamintetraacetat (EDTA)

– Handwsche

209f.

125ff.

– Risikobewertung

211f.

– Iminodisuccinat (IDS) 125ff.

– WeichspÅler

211

– Methylglycindiessigsure-Trinatriumsalz

Hrtegrad des Wassers (s. Wasserhrte)

(MGDA) 125ff.

HEDP (1-Hydroxyethan-1,1-diphosphon-

– Phosphonate

125ff.

sure)

– Tetranatrium Glutamat-diacetat (GLDA)

HERA-Projekt (Human and Environmental

125ff.

Risk Assessment)

Kondensationstrockner

27

334

Sachverzeichnis

Konfektionierungshilfen

131

– Herstelleraufgaben

287

Konservierungsstoffe

131f.

– Initiativen

289f.

Korrosionsinhibitoren

129

– Product Carbon Footprint (PCF)

290f.

kritische Micellbildungskonzentration

– Umsetzung

284ff.

(CMC)

59f.

– Umweltzeichen

288f.

– Verbraucherinformation

287
l

Natriumcarbonat, siehe Soda

Langzeit-Toxizitt 246ff.

Natriumhydrogencarbonat

– No Observed Effect Concentration

Natriumhypochlorit

106

(NOEC)#246

Natrium-nonanoyloxybenzolsulfonat

– Predicted No Effect Concentration

(NOBS)

109

(PNEC)#247

Natriumperborat

101ff.

Laundry Sustainability Project 2

77

– Formen

103

Life Cycle Assessment, siehe kobilanzen

Natriumpercarbonat

104

Life Cycle Inventory (LCI),

Natriumtripolyphosphat (NTPP),
siehe Dateninventar
siehe Pentanatriumtriphosphat
lineare Alkylbenzolsulfonate (LAS)

41f.,

Natriumsilicat, -metasilicat, -disilicat

231ff.

Naturfasern 9ff.

– Abbau

240f.

– Baumwolle

9

– Aufbau

41

– Seide

12

– Synthese

300f.

– Waschbarkeit

14

Lipasen

114

– Wolle

10ff.

Lyocell

12

NeutralÇl-Verseifung 297f.

nichtionische Tenside

32f., 44ff.

m

– Alkylphenolethoxylate (APEO)

49

MBAS (methylenblauaktive Substanz) 230,

– Alkylpolyglucoside (APG)

47f.

232

– bismutaktive Substanz (BiAS)

230, 234

Magnesiumsilicat

– Fettalkoholethoxylate (FAEO)

46f.

Mannanase 115f.

– Fettsurealkanolamide 49
methylenblauaktive Substanz (MBAS)

230,

– Micellbildung

58f.

232

– Saponine

50

– Detektionslimit (LOD)

232

– TrÅbungspunkt

46

Methylglycindiessigsure-Trinatriumsalz

– Vorteile

47

(MGDA)

Niedrigdosierwaschmittel

MGDA (Methylglycindiessigsure-

Niotenside, siehe nichtionische Tenside

Trinatriumsalz)

Nitrilotriacetat (NTA)

99

Micellen

38f., 58ff.

– kologie

256f.

– Dynamik

70

NOBS (Natrium-nonanoyloxybenzolsulfonat)

– kritische Micellbildungskonzentration

109

(CMC)

59f.

NTA (Nitrilotriacetat)

99

– Kugelmicellen

59

– Micellbildung

58f.

o

Mikroemulsionen

68

Oberflchenspannung

56ff.

Mikrofaser

13

– Benetzung

63f.

mikroporÇse Membranen

13
kobilanzen

223f., 265ff.

Moschusduftstoffe

– Auswertung

272

– Charakterisierung

271
n

– Dateninventar

269f.

Nachbehandlungsmittel

137, 148ff.,

– Erstellung

266f., 269ff.

siehe auch WeichspÅler

– Klassifizierung

271

Nachhaltigkeit

223, 283ff.

– Kritische PrÅfung

272

– Definition

283f.

– Normen

268

– FORUM WASCHEN

223, 285f.

– Systemgrenzen

265f.

Sachverzeichnis 335

– Untersuchungsrahmen 269

N,N-Phthalimidoperoxyhexansure (PAP)

– Waschverfahren

273ff.

111

– Wirkungsabschtzung

270f.

Pigmentschmutz

68ff.

kologie

221ff., 261f.

Polyamid 12f.

– Abwasserbelastung

225ff.

Polyasparaginsure

97f.

– aquatische Toxizitt

245ff.

Polycarboxylate

96ff.

– biologischer Abbau

229, 235ff.

– Eigenschaften 97f.

– Bleichmittel

257f.

– kologie

255f.

– Carbon Footprint

271f., 290f.

Polyester

12f.

– Duftstoffe

259f.

Polymere 116ff.

– Elimination 229

– Farbpflegepolymere

122

– Enzyme

258f.

– FarbÅbertragungsinhibitoren

79, 120ff.

– Ethylendiamintetraacetat (EDTA)

– Folienmaterial

122

256

– Soil Release Polymere (SRP)

117ff.

– Eutrophierung 251

– Vergrauungsinhibitoren 117

– Nachhaltigkeit

223, 283ff.

Polyethylen

– Nitrilotriacetat (NTA)

256f.

Polyethylenglycol

– optische Aufheller

259

Polyvinylacetat

– Phosphate

250ff.

Polyvinylalkohol

– Phosphonate

256

Poly-4-vinylpyridin-N-oxid (PVNO)

– Polycarboxylate

255f.

Polyvinylpyrrolidon (PVP)

120f.

– Risikobewertung

248f.

Primrabbau

237ff.

– Tenside

230ff.

– Auswahltest

310

– Umweltbelastung

221ff.

– Besttigungstest

310f.

– Umweltzeichen

288f.

– Reaktionen

238

– Vertrglichkeit

222f.

– Tenside

237ff.

– Zeolithe

255

– Testverfahren

310ff.

optische Aufheller

123ff.

PrimrwaschvermÇgen

55, 68

– Eigenschaften 123

Product Carbon Footprint (PCF)

290f.

– Mechanismus

124

Produktion 151ff.

– kologie

259

– Entwicklung 151

Oxo-Alkohole

302

– FlÅssig-Tabs

161

– FlÅssigwaschmittel

159f.

p

– HochdrucksprÅhverfahren

153ff.

PalmkernÇl

– Kompaktwaschmittel

155ff.

PAP (N,N-Phthalimidoperoxyhexansure)

– Tennenverfahren

152f.

111

– Waschmittel-Tabs

157ff.

ParaffinÇl

Propylenglycol

Pentanatriumtriphosphat

91f.

Proteasen 114

Percarbonat

257f.

Pulsator-Wellenradwaschmaschinen

19

Peressigsure

Peroxocarbonsuren

110f.

r

– N,N-Phthalimidoperoxyhexansure (PAP)

Rasenbleiche

101, 167

111

Persil

166f.

s

Pflegekennzeichnung

14f.

Sachbilanz, siehe Dateninventar
pH-Wert

100

Saponine

50

Phosphate

89f., 250ff.

SAS (sekundre Alkansulfonate) 42f.

– Gewsserbelastung

252f.

Sauerstoffbleiche

103ff.

– kologie

250ff.

– Mechanismus

104ff.

– Reduktion

254

Schaumbildung

60ff.

Phosphonate

125ff.

Schaumbooster

61

– kologie

256

Schauminhibitoren

61, 128

336

Sachverzeichnis

Schmutz 64ff., siehe auch Wscheschmutz

Tensiddoppelschicht

60f.

SchmutzablÇsung

65ff.

Tenside

31ff., 55ff., 74, 85ff.

– Çl- und fetthaltig

65ff.

– Abbaubarkeit

235ff.

– Pigmentschmutz

68ff.

– Abwasserbelastung

228

– stark polar

70

– amphotere

52f.

Schmutzarten

2f., 64

– anionische 37ff.

Schmutzhaftung

3f.

– aquatische Toxizitt

245ff.

SchmutztragevermÇgen

65f.

– Aufbau

32, 55

SchÅttdichte

155

– BenetzungsvermÇgen

62ff.

Seide

12

– Eigenschaften 55ff., 85

Seife

31f., 37ff., 87, 297ff.

– Herstellung

35f., 297ff.

– Abbau

242

– kationische

50ff.

– aussalzen

298

– Klrschlammbelastung

235

– Fettsure-Verseifung

298f.

– Klassen

32ff., 85ff.

– Herstellung

297ff.

– Micellbildung

58ff.

– industrielle Produktion

166

– nichtionische

44ff.

– Kalkseife

39f.

– Rohstoffe

34f.

– Kernseife

– RÅckstnde

208

– Leitfhigkeit

39

– Schaumbildung

60ff.

– LÇslichkeit

38f.

– SchmutztragevermÇgen 66f.

– NeutralÇl-Verseifung

297f.

– Seife

31f.

– Protolyse

39

– ternre Systeme

88

– Rohmaterialen

299

– Umweltbelastung

230ff.

– Schmierseife

– Umweltrisikobewertung 248f.

– Zusammensetzung

37

– TrÅbungspunkt

46

Seifensieder

297

– Verbrauch

33f.

sekundre Alkansulfonate (SAS)

42f.

– wssrige LÇsung

56ff.

– Synthese

301f.

– Waschwirkung

64ff.

SekundrwaschvermÇgen

55, 68

Tensidmischungen

70f., 87f.

Silicate

95f.

ternres Tensidsystem

88

– SKS-6

95

Tetraacetylethylendiamin (TAED) 107

SiliconÇl

Tetranatrium Glutamat-diacetat (GLDA)

Soda

89, 96, 100

Tetrapropylenbenzolsulfonat (TPS)

40f., 221

Soil Release Polymere (SRP)

117ff.

Textilerfrischer

148f.

Spezialwaschmittel

82f.

Textilfasern

8ff.

Sprengmittel

132

– Chemiefasern 12ff.

Stabilisatoren, siehe Komplexbildner

– Fasermischungen

13

Strke

– Kennzeichnung

14

Stellmittel, siehe FÅllstoffe

– Naturfasern

9ff.

Superkompaktwaschmittel

76f.

Textilien

8ff.

– Herstellung

155ff.

– Fasern

8ff.

– Megaperls

156

– Innovationen 14
surfactant, siehe Tenside

– Klassen

8

Suspension

67

– Membrantextilien

13, 16

Sustainable development (nachhaltige

– Pflegekennzeichnung

14f.

Entwicklung)

– Waschbarkeit

14

Textilkennzeichnungsgesetz (TKG)

14
t

Totalabbau

237ff.

Tabs

81

– Analytik

239

– FlÅssig-Tabs

161

– Coupled-Units-Test

313f.

– Herstellung

157ff.

– b-Oxidation 241

TAED (Tetraacetylethylendiamin) 107

– Reaktionen

240ff.

Tennenverfahren

152f.

– Testverfahren

312ff.

Sachverzeichnis 337

TPS (Tetrapropylenbenzolsulfonat) 40f., 221
w

Trockner, siehe Wschetrockner

Wscheschmutz

2ff., 64ff.,

Trocknerhilfsmittel

146
siehe auch Schmutz

Trommelwaschmaschine

19ff.

– Farbstoffe

101f.

– Aufbau

23

– Çl- und fetthaltig

65ff.

TÅrkischrotÇle

32

– Pigmentschmutz

68ff.

Tyndall-Effekt

38

– SchmutzablÇsung

65ff.

– Schmutzhaftung

3f.

u

– SchmutztragevermÇgen 65f.

Umnetzung 65

– stark polar

70

Umweltbelastung 221ff., siehe auch kologie Wschesteifen 148

– Abwasserbelastung

225ff.

Wschetrockner

27ff.

– Bewertung 222f., 248f.

– Energieverbrauch

28f., 278f.

– Moschusduftstoffe

222

– Trockenstufen 28

– Phosphate

252

– Typen

27

– Tenside

230ff.

Warenkunde

73ff.

Umweltzeichen

288f.

Wasch- und Reinigungsmittelgesetz

(WRMG) 315
v
waschaktive Substanzen (WAS)

Verbraucherschutz

203ff.

(s. auch Tenside) 31

– Aufbewahrung

206

Waschalkalien

100

– Bundesinstitut fÅr Risikobewertung (BfR)

Waschaufwand 176

213

Waschgewohnheiten

173ff.

– Gefahrenkennzeichnungen

204ff.

Waschhilfsmittel

137ff.

– Giftinformationszentrum 212

– Einweichmittel

138

– Hautvertrglichkeit

209ff.

– Nachbehandlungsmittel

148f.

– Hygiene

213ff.

– Schwerpunktverstrker

138

– Sicherheitshinweise

207

– separate Bleichmittel

138f.

– Unflle

212f.

– separate Verfrbungsinhibitoren

140

– WaschmittelrÅckstnde

208

– separate Wasserenthrter

140

Verbraucherverhalten

163ff.

– Spezial-Fleckentferner

140

– Dosiervorschriften

182f.

– Textilerfrischer

149f.

– „goldene“ Regeln

192ff.

– WeichspÅler

141ff.

– Historie

163ff.

Waschhilfsstoffe

70

– internationaler Vergleich

187ff.

Waschkraftverstrker

139f.

– Marktanteile

179ff.

Waschkreis

1f.

– Nachhaltigkeit

287

Waschmaschinen

16ff.

– Waschgewohnheiten

173ff.

– Beladungserkennung

25

– Waschmittelverbrauch

177f.

– Energiebedarf

275

– Waschverfahren

183ff.

– Energieeffizienz

25ff.

Vergrauungsinhibitoren

117ff.

– Historie

16f.

– Carboxymethylcellulose (CMC)

117, 120

– Innovationen 21ff.

Verpackungsangaben

201ff.

– Mengenautomatik

25

– Gefahrenkennzeichnung

204ff.

– ko-Schleuse 22

Vollwaschmittel

76ff.

– Typen

19f.

– Baukastensysteme

77f.

– Verbreitung

18

– Dosierung

77

– Waschbedingungen

20

– Entwicklung

166f.

– WasserfÅhrungssysteme

24

– flÅssig

78f.

Waschmittel

73ff., 85ff., 151ff., 163ff., 221ff.

– Kompaktwaschmittel

76f.

– 2-in-1-Waschmittel

147

– pulverfÇrmig 76f.

– Basistenside 85ff.

– Superkompaktwaschmittel

– Bleichsysteme

101ff.

Vorbehandlungsmittel

– Carbon Footprint

290f.

338

Sachverzeichnis

– Colorwaschmittel

79ff.

– Temperatur

183f.

– Dateninventar

273ff.

– Trocknen

185, 201

– Duftstoffe

129f.

– Wasseremissionen

277

– Enthrter

88ff.

Waschwirkung 64ff.

– Enzyme

111ff.

Wasser

4ff., 56

– Farbstoffe

130

– Hrte

5ff.

– Feinwaschmittel

81f.

– Oberfllchenspannung

56ff.

– FÅllstoffe

131

– Verbrauch

5

– Funktionsbausteine

74ff.

Wasserenthrter

88ff.,

– Geruchsabsorber

132ff.

siehe auch GerÅststoffe

– Geschichte

163ff.

Wasserhrte

5ff.

– Inhaltsstoffe

85ff.

– Carbonatgleichgewicht

6f.

– Komplexbildner

125ff.

– Maßeinheiten 5

– Konfektionierungshilfen

131

– Verteilung

7

– Konservierungsstoffe

131f.

WasserstoffbrÅckenbindungen

56f.

– Korrosionsinhibitoren

129

Wasserstoffperoxid

104

– Marktanteile

179ff.

WeichspÅlmittel

51, 141ff.

– Nachhaltigkeit

283ff.

– 2-in-1-Waschmittel

147

– kobilanz

267f., 273ff.

– Distearyl-dimethylammoniumchlorid

– kologie

221ff.

(DSDMAC)

141

– optische Aufheller

123ff.

– Duftstoffe

147

– pH-Wert

100

– Gewebeconditioner

147f.

– Polymere

116ff.

– Hautvertrglichkeit

211

– Produktgruppen

73f.

– Kationentenside

143

– Produktion 151ff., 274

– Nachteile

145

– Schauminhibitoren

128

– Silicone

143f.

– SchÅttdichte

76

– Trocknerhilfsmittel

146

– Spezialwaschmittel

82f.

– Vorteile

144f.

– Sprengmittel

132

– Wirkung

141

– Tabs 81

– Zusammensetzung

143

– Tensidkombinationen

87f.

Weißmacher, siehe optische Aufheller

– Umweltzeichen

288f.

Wirtschaft

187ff.

– Verbrauch

177f.

– internationaler Markt

187ff.

– Verwendung

177ff.

– Marktanteile

179ff.

– Vollwaschmittel

76ff.

Wolle

10ff.

– Waschalkalien

100

– Verfilzen

11

– Zusatznutzen

83

Wollwaschmittel

82

Waschmittel-Tabs, siehe Tabs

Waschmittelproduktion, siehe Produktion
z

WaschmittelrÅckstnde

208

Zeolithe

75, 90, 92ff.

Waschmittelverbrauch

177f.

– Funktion 93f.

WaschnÅsse

186

– kologie

255

Waschprozess, siehe Waschverfahren

– Sasil

93

Waschregeln, siehe „goldene“ Regeln

– Typen

92

Waschverfahren 1ff., 183ff.

– Zeolith A

93f.

– BÅgeln

185

– Zeolith P

94

– Energiebedarf

275ff.

Zerfallsmittel, siehe Sprengmittel

– FÅllungsgrad

184

Zeta-Potential (j-Potential) 69

– Global Warming Potential

280

Ziegler-Alkohole

302

– Handwsche

185

Zinkricinoleat, 133, 149f.

– kobilanz

273ff.

Zuckertenside

– Partner

1ff.

– Programm

184

Vita

GÅnter Wagner studierte Chemie und Physik an der Georg-August-Universitt GÇttingen. Nach der Dipl.-PrÅfung in Chemie 1979 und dem 1. und 2. Staats-examen fÅr das Lehramt an Gymnasien war er von 1984 an viele Jahre als Lehrer an der Elisabeth-Knipping-Schule in Kassel ttig. Von 1997 bis 2004 arbeitete er als Pdagogischer Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe „Didaktik der Chemie“ am Fachbereich Naturwissenschaften der Universitt Kassel.

Herr Wagner ist Autor zahlreicher VerÇffentlichungen zum Chemieunterricht und war von 1998 bis 2006 Mitherausgeber der Zeitschrift „Naturwissenschaften im Unterricht – Chemie“.

Er ist Mitglied der GDCh-Fachgruppe Chemieunterricht und Kursleiter von zahlreichen Lehrerfortbildungsveranstaltungen der GDCh und des Verbandes der Chemischen Industrie VCI.

2004 wurde Herrn Wagner fÅr seine Verdienste um die Lehrerfortbildung und als Autor und Mitherausgeber des Buches „Reinigungs- und Pflegemittel im Haushalt“ der Fachgruppenpreis der GDCh-Fachgruppe „Waschmittelchemie“
verliehen. Seit September 2004 ist er Schulleiter der Elisabeth-Knipping-Schule in Kassel. Herr Wagner ist Mitglied im FORUM WASCHEN und leitet dort das Projektteam „Schule“.