Zusammensetzung moderner Waschmittel

Als Waschmittel bezeichnet man allgemein waschaktive Substanzen, die in der Lage sind Textilien zu reinigen. Moderne Waschmittel enthalten eine ganze Reihe verschiedener Inhalts- und Wirkstoffe, sie sind vor allem auf die Anforderungen einer Trommelwaschmaschine abgestimmt. Im Gegensatz zu früher werden auch höhere Anforderungen an Textilien, ihre Sauberkeit und den Tragekomfort gestellt. Die Werbung propagiert „weiße Wäsche“, Grauschleier sind verpönt. Während früher eher robuste Gewebe zum Einsatz kamen, verwendet man heute eine Vielzahl an veredelten Textilien. Vollwaschmittel sind für die meisten Textilien und Waschverfahren im Temperaturbereich von 30 bis 95 °C geeignet. Buntwaschmittel eignen sich für die Wäsche von farbigen Textilien bis zu einer Temperatur von 60 °C. Feinwaschmittel sind besonders schonend, sie eignen sich für die Handwäsche oder bis 30 °C. Sie enthalten keine optische Aufheller und keine Bleichmittel, dafür mehr Enzyme und einen höheren Seifengehalt. Spezialwaschmittel sind für Wolle, Seide oder spezielle Stofffasern erhältlich.

Besonders umweltschonend sind Waschmittel nach dem Baukastensystem. Betrachtet man die Dosierungsanleitung eines normalen Vollwaschmittels, dann wird umso mehr Waschmittel in die Trommel gegeben, je höher die Wasserhärte des verfügbaren Wassers ist. In Gegenden mit hoher Wasserhärte werden daher bestimmte Inhaltsstoffe des Vollwaschmittels überdosiert. Ein Baukastenwaschmittel enthält ein Basiswaschmittel, dem je nach Bedarf mehr Enthärter bei hoher Wasserhärte oder mehr Bleichmittel bei farbigen Verschmutzungen zugegeben wird.

Vollwaschmittel sind im Handel pulverförmig, flüssig, gelförmig oder in Tab-Form erhältlich. Die genauen Rezepturen sind ein gut gehütetes Geheimnis. Der Grundaufbau – bestehend aus Tensiden, Enthärter, Bleichmittel und weiteren Inhaltsstoffen ist jedoch in allen Vollwaschmitteln ähnlich. Flüssige und gelförmige Vollwaschmittel enthalten in der Regel keine Bleichmittel. Die Kompaktwaschmittel in Tab-Form sind im Vergleich zu den pulverförmigen Waschmitteln umweltfreundlicher, da sie weniger Füllstoffe und eine optimale Kombination an effektiven Wirkstoffen enthalten.

Die Tenside in den Waschmitteln lösen den Schmutz von Textilien ab oder verhindern die Wiedereinlagerung auf der Textilfaser. Für den Chemiker ist ein Tensid (von lat. tensio, Spannung) eine Substanz, die die Grenzflächenspannung zwischen zwei Phasen herabsetzen kann. Tenside ermöglichen das Vermischen von zwei normalerweise nicht mischbaren Flüssigkeiten wie Öl und Wasser und sie besitzen das Vermögen, Schaum auszubilden. Die traditionell hergestellte Seife kann ebenfalls zu den Tensiden gezählt werden. Allerdings werden an die heutigen, modernen Tenside viel höhere Ansprüche gestellt. Tenside sind allgemein aus einem hydrophoben und einem hydrophilen Teil aufgebaut. Der polare, hydrophile Teil besteht je nach Tensid aus unterschiedlichen Anteilen, der hydrophobe Teil ist meist aus langen Kohlenstoffketten aufgebaut (>Grafik). Moderne Vollwaschmittel enthalten immer eine Kombination von mehreren Tensiden, beispielsweise eine Kombination von LAS und FAEO, sowie ein geringer Anteil Seife.

Bei den anionischen Tensiden ist die hydrophobe Alkylgruppe mit einem negativ geladenen Carboxylat- (-COO⁻), einem Sulfonat- (-SO₃⁻) oder einem Sulfat-Ion (-O-SO₃⁻) verbunden. Die traditionell hergestellte Seife gehört zum ersten Vertreter dieser Tensidart. Die Alkylbenzolsulfonate sind wirtschaftlich jedoch am bedeutendsten. Das preisgünstig herzustellende, im Molekülbau stark verzweigte Tetrapropylenbenzolsulfonat (TPS) war nach dem Zweiten Weltkrieg bis Mitte der 1960er Jahre das am häufigsten eingesetzte Tensid überhaupt. Die Komponenten dafür waren aus Erdöl als Rohstoff zugänglich. Die schlechte biologische Abbaubarkeit und das Entstehen von Schaumbergen in Flüssen und Seen führte jedoch zur Entwicklung der besser abbaubaren, linearen Alkylbenzolsulfonate (LAS) (>Herstellung). Zu der Gruppe der anionischen Tenside gehören auch die Alkansulfonate (SAS), die Fettalkoholsulfate (FAS) und die Fettalkoholethersulfate (FAES). Die FAS (>Herstellung) können aus pflanzlichen Rohstoffen wie Rapsöl oder Kokosöl hergestellt werden.

Bei den kationischen Tensiden ist der hydrophile Anteil durch eine positiv geladene, stickstoffhaltige Gruppe vertreten. Als Gegenladung wirkt ein Chlorid-Ion Cl⁻ oder ein Methylsulfat-Ion CH₃OSO₃⁻ Diese Tenside sind besonders in Weichspülern enthalten, da sie wie ein Gleitmittel wirken. Zu den kationischen Tensiden gehören die sogenannten Esterquats:

Nichtionische Tenside oder Niotenside bilden in wässriger Lösung keine Ionen. Die nichtionischen Tenside zeigen einige Vorteile: Sie sind absolut unempfindlich gegen Wasserhärte, sie zeigen auch bei niedrigen Konzentrationen und Temperaturen ein gute Waschwirkung, sie schäumen nur wenig, und sie wirken gleichzeitig als Vergrauungsinhibitoren. Die Saponine aus dem Seifenkraut oder aus den Waschnüssen gehören ebenfalls in die Gruppe der Niotenside. Die industriell bedeutendste Stoffgruppe dieser Tenside sind die Fettalkoholethoxylate (FAEO):

Die Alkylpolyglucoside (APG) auf Zuckerbasis lassen sich aus nachwachsenden Rohstoffen wie Mais, Zuckerrohr und Kokosnüssen gewinnen (>Herstellung). Sie weisen daher eine günstige Ökobilanz auf, außerdem sind sie hautverträglich und biologisch gut abbaubar.

Amphotere Tenside enthalten eine negative und eine positive Gruppe im hydrophilen Teil. Ein bekannter Vertreter hierzu ist das Betain-Tensid, das in Shampoos und Geschirrspülmitteln gelegentlich eingesetzt wird. Auch diese Tenside sind unempfindlich gegen hartes Wasser und gut hautverträglich.

Die Wasserhärte hängt von der Konzentration der Härtebildner wie die im Wasser enthaltenen Calcium- oder Magnesium-Ionen ab. Die Calcium-Ionen Ca²⁺ entstehen in kalkhaltigem Wasser im Carbonat-Gleichgewicht. Sie bilden mit Seifen schwerlösliche Salze, die als weißer Niederschlag aus dem Wasser ausfällen.

2R-COO⁻ + Ca²⁺

(R-COO)₂Ca

Durch die Reaktion der Ionen mit der Seife wird beim Waschvorgang erheblich mehr Seife benötigt. Das ist ein entscheidender Nachteil. Außerdem lagert sich die dabei entstehende Kalkseife auf dem Textilgewebe ab und macht dieses im Lauf der Zeit „hart“ und brüchig. Die Wäsche vergraut, auch die Saugfähigkeit wird deutlich vermindert. Bei höheren Temperaturen verkalken zudem die Heizstäbe der Waschmaschine durch Kesselsteinbildung.

Die Wasserhärte schwankt stark je nach Gegend. In kalkhaltigen Gebirgen, beispielsweise im Jura oder auf der Schwäbischen Alb hat man es meist mit sehr hartem Wasser zu tun. Die Härtebereiche sind nach den Deutschen Härtegraden unterteilt:

Ein Wasserenthärter vermag es, die härtebildenden Ionen aus dem Wasser zu entfernen. Da den Enthärtern heute noch andere Aufgabe zukommen – beispielsweise die Verbesserung der Tensid-Eigenschaften – spricht man heute auch von Gerüststoffen. Die ersten Vollwaschmittel enthielten Soda als Enthärter. Dadurch reagierten die Calcium-Ionen zu Calciumcarbonat oder Calciumsilicat, ohne dass dabei Seife verbraucht wurde. Das Verkalken der Fasern konnte man dadurch jedoch nicht verhindern.

Ab den 1930er-Jahren setzte man Phosphate als Enthärter ein. Das Pentanatriumtriphosphat bildet im Wasser sogenannte Chelatkomplexe, die Calcium-Ionen an sich binden können. Dabei entsteht aus einem Triphosphat-Anion mit einem Calcium-Ion ein Calcium-Triphosphat-Komplex:

Die Phosphate verursachten durch die hohe Nährstoffzufuhr ein verstärktes Algenwachstum und eine starke Eutrophierung der Gewässer. Daher führte man in den Industrieländern ab den 1980er-Jahren eine neue Gruppe an Enthärtern in den Waschmitteln ein. Die Zeolithe stellen eine Stoffgruppe dar, die aus wasserhaltigen Calcium- oder Natriumaluminiumsilicaten aufgebaut sind. In der Natur kommen sie in zahlreichen Mineralien wie im Heulandit oder im Stilbit vor. Normalerweise sind die Zeolithe nicht wasserlöslich. Durch das Herstellen von Zeolithen mit sehr kleiner Korngröße erhält man das Zeolith A, das unter dem Markennamen Sasil^® bekannt ist. Aufgrund ihrer Gitterstruktur halten die Zeolithe Calcium- und Magnesium-Ionen fest. Dabei werden diese durch Ionenaustausch im Kristallgitter des Zeoliths eingebunden. Der Phosphat-Verbrauch ist heute zurückgegangen. In einigen Spezialwaschmitteln, beispielsweise in Klarspülern werden sie noch eingesetzt.

Manche farbige Verschmutzungen wie Rotwein- oder Kaffeeflecken sind sehr hartnäckig und lassen sich durch das Behandeln mit einem Tensid nicht entfernen. Früher legte man die Wäsche nach dem Waschen zum Bleichen in die UV-Strahlung der Sonne. Heute erfolgt das Bleichen in Vollwaschmitteln durch Stoffe, die Sauerstoff freigeben und die Farbstoffe durch Oxidation zerstören. Gleichzeitig werden Bakterien abgetötet. Natriumperoxoborat setzt Wasserstoffperoxid frei, sobald es in Wasser gelöst wird. Vor allem bei höheren Temperaturen ab 60 °C zerfällt das Wasserstoffperoxid zu Wasser und Sauerstoff (>Arbeitsblatt). Die Bleichwirkung hängt auch vom pH-Wert ab. Eine optimale Wirkung erreicht man bei pH=10 bis 11. Das reprotoxische Natriumperoxoborat wird in modernen Waschmitteln zunehmend durch Natriumpercarbonat ersetzt.

In manchen Ländern wie in den USA, in Japan oder in Südeuropa werden Bleichmittel auf Chlorbasis wie das Natriumhypochlorit (NaOCl) eingesetzt. Dies findet vor allem dann statt, wenn bei niedrigen Temperaturen gebleicht werden soll. Die chlorhaltige Bleichlauge ist jedoch problematisch, da sie mit Abwasser zu möglicherweise krebserzeugenden Organochlorverbindungen (AOX) reagieren kann. Durch zugesetzte Bleichaktivatoren kann man jedoch auch bei niedrigen Temperaturen mit Bleichmittel auf Sauerstoffbasis bleichen. Das hierfür geeignete Tetraacetylethylendiamin (TAED) bildet mit dem Wasserstoffperoxid eine neue Verbindung, die ein noch stärkeres Oxidationsmittel darstellt.

Eiweiß- oder stärkehaltige Verschmutzungen von Eigelb, Soßen oder Blut lassen sich durch Tenside und Bleichmittel nicht entfernen, besonders dann wenn sie angetrocknet sind. Zum Reinigen dafür sind besondere Wirkstoffe notwendig. Die Enzyme bestehen aus großen, kompliziert aufgebauten Eiweißmolekülen, sie selbst wirken als Biokatalysator und spalten große Molekülteile in kleinere auf. Je nach Wirkungsbereich bezeichnet man die Enzyme als Proteasen (Eiweiß spaltende Enzyme), als Amylasen (Stärke spaltende Enzyme), als Lipasen (Fett spaltende Enzyme) oder als Cellulasen (Cellulose spaltende Enzyme). Die Proteasen spalten beispielsweise langkettige, wasserunlösliche Eiweiße in kurzkettige, wasserlösliche Bruchstücke wie Aminosäuren oder Peptide auf. Da sie als Biokatalysator wirken, werden sie dabei selbst nicht verbraucht.

Seit 1960 können Enzyme im industriellen Umfang aus Bakterien gewonnen werden. Der Einsatz von Enzymen in Waschmitteln führte aufgrund der Einatmung von feinem Enzymstaub in den 1960er Jahren zu allergischen Erkrankungen. Daher kapselte man die Enzyme in kleine Kügelchen ein, den Enzym-Prills. Manche Enzyme wie die Lipasen werden heute durch gentechnische Verfahren hergestellt.

Weiße Leinen- oder Baumwollwäsche erscheint in einem leichten Gelbstich. Das rührt daher, dass die Wäsche bevorzugt kurzwelliges Licht absorbiert. Dem reflektierten Licht fehlt daher der Blauanteil und das menschliche Auge nimmt die Komplementärfarbe der Absorption von Blau als Gelb wahr. Die Werbeindustrie vermittelte lange Zeit die Vorstellung, dass weiße Wäsche nach dem Motto „weißer als weiß“ besonders hygienisch und sauber sei. Früher verwendete man in Waschmitteln geringe Mengen des Pigments Ultramarinblau oder „Wäscheblau“, um einen Blaustich zu erzeugen. Dadurch verstärkte man den Weißeindruck. Heute werden kompliziert gebaute, organische Verbindungen als optische Aufheller verwendet, die ultraviolettes Licht absorbieren können und dafür blaues Licht aussenden. Die Wäsche erscheint in einem Blaustich, den wir als besonders reines Weiß wahrnehmen. Unter einer UV-Lampe wird dieser Blaustich noch in besonderem Maße verstärkt:

Die Verwendung von Tensiden verhindert noch nicht, dass der Schmutz nach dem Ablösen wieder auf die Textilfaser aufzieht. Die Vergrauungsinhibitoren heften sich an die Faser und verhindern das Wiederansetzen des Schmutzes. So ist ein gutes Schmutztragevermögen gewährleistet. Es werden Cellulosederivate wie Carboxymethylcellulose eingesetzt.

Wäscht man ein rotes T-Shirt zusammen mit weißer Wäsche in einer Waschmaschine, kann sie die weiße Wäsche verfärben. Das eingesetzte Polvinylpyrrolidon (PVP) verhindert das Wiederaufziehen eines bereits abgelösten Farbstoffes. Es findet daher bevorzugt in Buntwaschmitteln seine Anwendung.

In manchen Gegenden enthält das Wasser Eisen-, Kupfer- oder Mangan-Ionen. Manche Waschmittel enthalten auch Spuren von Schwermetallsalzen. Diese zersetzen schon beim Lagern katalytisch die Bleichmittel wie Wasserstoffperoxid. Die dafür eingesetzten Komplexbildner wie die heute eingesetzten Phosphonate wie ATMP adsorbieren die Schwermetall-Ionen und heben dadurch deren katalytische Wirkung auf.

Das Entstehen von Schaum zeigt zwar an, dass das Wasser relativ weich ist, allerdings stellt Schaum keine Voraussetzung für die Wirksamkeit beim Waschvorgang dar. Zuviel Schaum bremst sogar den Vorgang, da die mechanische Bewegung in der Waschtrommel behindert wird. Die Zugabe von herkömmlicher Seife reguliert den Schaum, da sie beim Vorhandensein von Calcium-Ionen von Wasser im mittleren Härtebereich Kalkseife bildet. In ganz weichem Wasser wirkt dann die Seife allerdings nicht mehr als Schauminhibitor. Daher werden auch spezielle Siliconöle oder Paraffinöle eingesetzt.

Korrosionsinhibitoren verhindern die Zersetzung von aluminiumhaltigen Bauteilen durch die Waschlauge bei den Waschmaschinen. Obwohl praktisch alle heutigen Waschmaschinen Edelstahltrommeln besitzen, wird aus Sicherheitsgründen heute noch Wasserglas (Natriummetasilicat, Na₂SiO₃) zugesetzt. Riechstoffe unterdrücken den unangenehmen Duft der Waschlauge und verleihen der Wäsche einen angenehmen Duft. Allerdings reagieren einige Personen allergisch auf sensibilisierende Riechstoffe, daher sind auch unparfümierte Waschmittel erhältlich. Farbstoffe sollen das Waschmittelprodukt für den Verbraucher attraktiv machen, ihnen kommt für den Waschvorgang keinerlei Bedeutung zu. Füllstoffe wie das Natriumsulfat in pulverförmigen Waschmitteln erhöhen die Rieselfähigkeit und ermöglichen eine gute Dosierbarkeit. Früher gaukelten sie dem Verbraucher mehr Inhalt in der Packung vor. Heute bevorzugen die Verbraucher jedoch eher platzsparende Waschmittel wie die Tabs. Als Konservierungsstoffe werden Stoffe eingesetzt wie sie für Kosmetika zulässig sind, sie ermöglichen eine lange Lagerfähigkeit.