Was sind eigentlich Waschmittel?

Moderne Waschmittel sind komplexe Gemische verschiedener chemischer Substanzen, die in flüssiger Form, als Gel, als Granulat oder als Pulver zum Reinigen von Textilien verwendet werden. Im folgenden Beitrag schauen wir uns einmal genauer an, welche Inhaltsstoffe in Waschmitteln stecken.
Entwickelt für die Reinigung von Textilien
Textilien bestehen aus Naturfasern (Baumwolle, Hanf, Leinen, Seide, Wolle) oder aus Chemiefasern (Polyamide wie Nylon, Perlon, Dederon oder Polyester, die uns im Alltag unter Handelsnamen wie Trevira® oder Diolen® begegnen).
Sie können durch unterschiedliche Stoffe verschmutzt sein, zum Beispiel wasserlöslichen Substanzen (Harnstoff, Kochsalz), Proteinen (aus Blut, Eiern, Milchprodukten), Fetten (aus Kosmetika, Lebensmitteln) und Kohlenhydraten (aus Soßen, Stärkeprodukten etc.). Darüber hinaus können sich auf der Textilfaser auch Farbstoffe (aus Früchten, Gemüse, Gras, Rotwein, Säften) ablagern. Auch Mikroorganismen (Bakterien, Hefen, Pilze) haften an unserer Kleidung.
Daher war es schon seit alters her eine hygienische Notwendigkeit, Textilien durch Waschen zu reinigen. Dies förderte auch die Gesundheit eines Volkes. Der Anfang des Waschens bestand darin, den mechanischen Wascheffekt von reinem Wasser zu nutzen.

Abb. 1: Frauen beim Wäschewaschen, etwa 470-460 v.Chr. (Abb. English: Pan Painter Français : Peintre de Pan, Clothes washing Louvre G547, Wikimedia Commons gemeinfrei)
Wasser allein ist nur bedingt zur Reinigung geeignet
Reines Wasser hat jedoch eine hohe Oberflächenspannung, was die Benetzung einer Textilfaser und das Ablösen von Schmutzteilchen erschwert. Zudem spielt die Härte des Wassers eine wichtige Rolle. Hartes Wasser (d. h. reich an Calciumsalzen) führt zu Ablagerungen von Kalkseifen (Calciumsalze von Fettsäuren) auf der Wäsche, was sich in einem Grauschleier äußert. Die abgelösten Schmutzteilchen sollen zudem in der Waschlauge fein verteilt (dispergiert) bleiben, damit sie mit dem Schmutzwasser weggespült werden können.
Das alles macht verständlich, warum moderne Waschmittel neben waschaktiven Substanzen wie Seifen oder anderen Tensiden noch weitere Stoffe enthalten wie beispielsweise optische Aufheller, Bleichmittel, Bleichaktivatoren, Bleichstabilisatoren, Enthärter, Farbübertragungsinhibitoren, Komplexbildner, Korrosionsinhibitoren, Schaumregulatoren, Vergrauungsinhibitoren, Waschalkalien und Waschenzyme. Dazu später mehr.
Es begann bei den Sumerern
Zurück zum Anfang: Die Nutzung waschaktiver Stoffe geht auf die Sumerer zurück, ein Kulturvolk, das im südlichen Mesopotamien (heute Irak) lebte. Sie stellten rund 3000 v. Chr aus Pflanzenasche wie Pottasche (Kaliumcarbonat, K2CO3) und Öl (vor allem Olivenöl) eine seifenähnliche Substanz her.
Chemisch nennt man diese Reaktion eine „alkalische Verseifung“. Dabei findet die Hydrolyse eines Esters (in diesem Fall Fettsäureester im Öl) unter alkalischen Bedingungen zum Carboxylat-Anion (in diesem Fall Fettsäureanion) und einem Alkohol statt. Bei der Verseifung von Fetten entstehen als Reaktionsprodukte Glycerin (ein Alkohol) und die Alkalisalze von Fettsäuren [CH3-(CH2)n-COO-Me+], die man umgangssprachlich als Seifen bezeichnet [1, 2]. Mehr über Seifen: Seife – Chemikalie der Steinzeit
Durch Soda vom Luxusartikel zum Alltagsprodukt
Durch den Handel kamen Seifen auch nach Europa. In unseren Breiten hat Karl der Große (747-814 n.Chr.) das Seifensieder-Handwerk gefördert. Einige Jahrhunderte später, im 14. Jahrhundert entstanden erste Seifensieder-Zünfte. Trotzdem blieb die Seife über Jahrhunderte ein Luxusartikel. Erst die Entwicklung neuer chemischer Verfahren – Meilensteine der Industriegeschichte – zur Herstellung von Soda (Natriumcarbonat, Na2CO3) aus Kochsalz (Natriumchlorid, NaCl) nach dem Leblanc- oder Solvay-Verfahren machten Seife zu einem für viele Menschen erschwinglichen Produkt.
Soda wurde in großen Mengen zur Verseifung natürlicher, pflanzlicher (Olivenöl, Palmöl) oder tierischer (Schmalz, Talg, Tran) Fette eingesetzt. Dabei entstehen wie oben beschrieben, Glycerin und waschaktiven Seifen (Natriumseifen).

Abb. 2: Zunftwappen der Seifensieder und Kerzenmacher (Abb: LutzBruno, Seifensieder, Wikimedia Commons gemeinfrei)
Grundlagen der Reinigung: Tenside
Was nun bewirkt die Reinigung eigentlich? Seifen zählen zu den Tensiden, das sind Stoffe, welche die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit herabsetzen und so die Bildung einer Dispersion ermöglichen. Unter Dispersion versteht man Gemische von zwei oder mehreren Stoffen, die normalerweise nicht miteinander mischbar sind, wie z.B. Wasser und Öl.
Tenside enthalten immer einen hydrophoben (wasserabweisenden) Molekülteil, häufig ein langkettiger Kohlenwasserstoffrest, und einen hydrophilen (wasserliebenden) Molekülteil, der aus einer ionischen oder stark polaren Gruppe besteht. Man nennt diese Eigenschaft eines Stoffes auch amphiphil. Da der waschaktive Teil in diesem Fall negativ geladen ist, spricht man im Fall von Seifen auch von anionischen Tensiden [3,4] Mehr dazu im Beitrag Seife – Chemikalie der Steinzeit.

Abb. 3: Struktur von Tensiden (v.o.n.u: nichtionische, anionische, kationische und amphotere Tenside)
(Abb. Roland.chem, TensideHyrophilHydrophob, CC BY-SA 3.0,)
Weiterentwicklung von Waschmitteln
Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde die Seife als waschaktiver Bestandteil (20-30 % eines Waschmittels) durch andere Tenside ersetzt. Vor allem Alkylbenzolsulfonate und Fettalkoholsulfate [CH3-(CH2)n-O-SO3-Na+] gewannen zunehmend an Bedeutung. Alkylbenzolsulfonate [Alkyl-C6H4-SO3-Na+] sind uns als anionische Tenside seit den 1930er Jahren bekannt.
Sie bestehen aus einer hydrophilen Sulfonat-Gruppe [-SO3-Na+] und einem hydrophoben Alkylaryl-Teil [CH3-(CH2)n-C6H4-]. Sie haben gegenüber den Seifen den Vorteil, dass sich keine Kalkseifen bilden, die sich auf der Textilfaser ablagern. Sie mindern auch die Kalkablagerung in Waschmaschinen.
Gibt man Tenside wie Seifen oder Alkylbenzolsulfonate in Wasser, so ordnen sie sich in einer dünnen Schicht an der Wasseroberfläche an und senken dadurch dessen Oberflächenspannung. Hierbei ragen die hydrophilen Enden des Tensids in Richtung des Wassers und die hydrophilen Enden ragen in die Luft. Ab einer gewissen Konzentration bilden die Tenside innerhalb des Wassers kleine, kugelförmige Aggregate, sogenannte Mizellen, in die Stoffe wie Öl oder Schmutzteilchen eingelagert werden können [5].
Tenside unterstützen nun das Ablösen kleiner Feststoffteilchen von festen Oberflächen wie z.B. einer Textilfaser. Diese Tenside lagern sich emulsionsähnlich um die Schmutzteilchen und halten diese Feststoffteilchen im Wasser in der Schwebe. Tenside fördern also nicht nur das Ablösen von Schmutz von der Kleidung, sondern verhindern auch das erneute Anhaften an der festen Textilfaser.

Abb. 4 a) Tenside bilden eine dünne Schicht an der Wasseroberfläche
Roland.chem, Oberflächenschicht Tensidlösung, CC0 1.0

Abb. 4 b) Tenside bilden Mizellen und schließen Öltröpfchen ein
Roland.chem, TensidOelV2, CC0 1.0

Abb. 4 c) Tenside lösen Schmutzpartikel von einer Textilfaser ab
Roland.chem, TensidUndFeststoffe, CC0 1.0
Unverzichtbar: Wasserenthärter
Neben den waschaktiven Stoffen enthalten Waschmittel noch Gerüststoffe (sog. Builder), vor allem Soda (Natriumcarbonat) und Wasserglas (Natriumsilikat, fungiert auch als Schmutzlöser), die das Wasser durch Ausfällung von Calciumcarbonat (CaCO3) enthärten [Ca2+ + Na2CO3 → CaCO3↓ + 2 Na+] und somit die Waschleistung unterstützen, sowie Natriumperborat als Bleichmittel. Diese Substanzen ersparten die aufwendige Rasenbleiche. Der Markenname des Waschmittels Persil, das 1907 auf den Markt kam, dokumentiert dies durch seinen Namen. Per steht für Perborat und Sil für Silikat.
Nach Natriumcarbonat (Soda) und Natriumsilikat (Wasserglas) wurde später vor allem Pentanatriumtriphosphat (Natriumtripolyphosphat, Na5P3O10) den Waschmitteln zur Wasserenthärtung zugesetzt. Um aber eine Überdüngung der Oberflächengewässer durch Phosphat zu verhindern, setzt man heute zur Enthärtung das wasserunlösliche mineralische Zeolith A [Na12(AlO2)12(SiO2)12 . 27 H2O], ein Natriumaluminiumsilikat, in Pulverwaschmitteln sowie Citrate in Flüssigwaschmitteln ein.
Beim Zeolith beruht die Wasserenthärtung auf einem Ionenaustausch, in dem Erdalkali-Ionen im Austausch mit Alkali-Ionen in die Hohlräume der Zeolith-Struktur eingelagert werden. Zeolith A besitzt aber nicht ganz die optimalen Eigenschaften des Natriumtripolyphosphats, so dass Waschmittel noch weitere Komplexbildner zur Bindung der Calcium- und Magnesium-Ionen enthalten.

Abb. 5: Persil-Blechdose. Der Slogan „Persil bleibt Persil“ stammt aus dem Jahr 1913 und die weißgekleidete Dame mit Florentinerhut war ein markantes Werbesymbol. (Abb.: Riki1979, Persildose, Wikimedia Commons gemeinfrei)
Ebenfalls wichtig: Bleichmittel
Bleichen nennt man einen chemischen Prozess, um unerwünschte Färbungen von der Wäsche zu entfernen. Es war früher ein sehr zeitaufwendiger Prozess. Auf dem Bleichplatz in der Nähe eines Flusses wurde die Wäsche oder das noch nicht gefärbte Garn flach ausgelegt und feucht gehalten. Durch Besprengen der Textilien mit Pottasche-haltigen Laugen wurden die fettigen Bestandteile entfernt.
Die unter dem Einfluss von Licht und Luftsauerstoff gebildeten Peroxide sowie durch die Photosynthese des Grases gebildete reaktive Sauerstoffspezies verursachten dann den Bleicheffekt, d.h. sie zerstören die farbgebenden Molekülteile (Chromophore). Dies hat Max Liebermann sehr eindrucksvoll in seinem Gemälde „Die Rasenbleiche“ aus dem Jahre 1882/1883 festgehalten.
Heute findet man Bleichmittel auf Sauerstoffbasis in allen modernen Vollwaschmitteln. Sie sollen die färbenden Verschmutzungen zerstören, aber die Farben der Gewebe nicht angreifen. Am weitesten verbreitet als Bleichmittel ist Natriumperborat. Da aber Borverbindungen schwer abbaubar sind, wird Perborat [Na2B2O2. 2 H2O2] bei manchen Anwendungen durch Percarbonat [2 Na2CO3. 3 H2O2] ersetzt. Der Bleichprozess wird beim oxidativen Bleichen meistens durch das freigesetzte Wasserstoffperoxid (H2O2) (aus Perborat oder Percarbonat) ausgelöst.
Da die Bleichmittel aber erst bei einer Temperatur von 60 °C aktiv werden, setzt man sog. Bleichaktivatoren zu, die eine niedrigere Waschtemperatur erlauben. Es sind meistens Essigsäure-Derivate, die mit Wasserstoffperoxid in der Waschflotte zu Peroxyessigsäure (CH3-CO-OOH) reagieren. Der Zusatz von Bleichstabilisatoren verhindert den unkontrollierten Zerfall der Bleichmittel während der Lagerung. In Fein- und Buntwaschmitteln sind dagegen aufgrund mangelnder Stabilität keine Bleichmittel vorhanden.
Abschließend bleibt noch anzumerken, dass Bleichmittel auf Sauerstoffbasis nicht nur die färbenden Verschmutzungen zerstören, sondern auch Naturfasern schädigen können. Deren Polymerisationsgrad nimmt ab.

Abb. 6: „Die Rasenbleiche“ – Gemälde von Max Liebermann (Quelle: Wikipedia „Die Rasenbleiche“ – Max Liebermann creator QS:P170,Q158062 , Max Liebermann - Die Rasenbleiche - Wallraf-Richartz-Museum, Wikimedia Commons gemeinfrei)
Weitere Inhaltsstoffe moderner Waschmittel
Als weitere Inhaltsstoffe von Waschmitteln sind optische Aufheller zu nennen. Es sind fluoreszierende Substanzen, die Weißes weißer erscheinen lassen. Sie werden vor allem in flüssigen Waschmitteln eingesetzt, um das Fehlen von Bleichmitteln zu kompensieren.
Diese Substanzen, die sich auf der Textilfaser ablagern, absorbieren Licht (Energieaufnahme) im Ultravioletten (UV)-Spektralbereich bei 340-380 Nanometer und emittieren Licht (Energieabgabe) im Sichtbaren (VIS) Spektralbereich bei etwa 420-440 Nanometer. Die emittierten blauen Lichtanteile kompensieren einen Gelbstich des Waschgutes. Durch die zusätzliche Emission von blauem Licht steigt die Farbsättigung auf über 100% und die Textilfaser erscheint heller.
Waschmittelenzyme eignen sich gut zur Entfernung von Eiweiß-, Stärke- und Fettverunreinigungen. Sie wirken vor allem bei niedrigen und mittleren Temperaturen, werden jedoch bei höheren Temperaturen denaturiert und damit unwirksam. Sie enthalten im Allgemeinen hohe Anteile an Proteasen und sollten deshalb nicht bei proteinbasierten Fasern (Wolle, Seide) verwendet werden.
In Buntwaschmitteln sind noch sogenannte Farbübertragungsinhibitoren enthalten. Es sind meisten Polymere, die mit freigesetzten Farbstoffen anionische Komplexe bilden und so das Aufziehen von farbigen Verunreinigungen auf anders gefärbte Textilien verhindern.
Im Rahmen eines allgemeingehaltenen Übersichtsartikels ist es nahezu unmöglich, auf alle Inhaltsstoffe eines Waschmittels detailliert einzugehen und auch die ablaufenden Prozesse mithilfe der chemischen Formelsprache zu beschreiben. Der vorliegende Artikel soll lediglich dazu dienen, den interessierten Leser oder Leserin in die Lage zu versetzen, die angebotenen Waschmittel zu beurteilen.
Welches Waschmittel wäscht am saubersten?
Bei der Vielzahl der verschiedenen Waschmittel ist es nicht einfach, die Frage zu beantworten, welches Waschmittel man nehmen sollte. Im Angebot finden sich Vollwaschmittel (Kompaktwaschmittel, Universalwaschmittel), Buntwaschmittel (Colorwaschmittel), Feinwaschmittel, Wollwaschmittel und sogenannte Baukastenwaschmittel. Darüber hinaus werden Waschmittel als Pulver, als Granulat, in flüssiger Form oder als Tabs eingesetzt.
Dazu stellt sich die Frage nach der Dosierung des Waschmittels und der Waschtemperatur, wobei das Textilpflegesymbol in der Kleidung hierzu nützliche Hinweise liefert.
Nicht unbedingt besser: Flüssigwaschmittel
Bekannt ist, dass viele Verbraucher gerne zu Flüssigwaschmitteln greifen, weil diese keine weiße Spuren auf der Wäsche hinterlassen. Laut Stiftung Warentest bleiben die flüssigen Waschmittel, da sie ohne Bleichmittel auskommen, normalerweise in der Waschleistung hinter den Waschpulvern zurück. Zudem enthalten Flüssigwaschmittel mehr Tenside und oft problematische Konservierungsmittel, die sie benötigen, damit ihre Lagerzeit und Haltbarkeit mit der von Waschpulvern vergleichbar ist.
Weniger ist mehr
Nach übereinstimmender Empfehlung des Umweltbundesamtes, der Verbraucherzentralen und der Stiftung Warentest [6, 7, 8] braucht man in einem Haushalt insgesamt nur drei Waschmittel:
● ein Vollwaschmittel für die weiße Wäsche,
● ein Buntwaschmittel für farbige Kleidungsstücke,
● ein Feinwaschmittel für maschinenwaschbare Strickkleidung, Seide und andere hoch empfindliche Textilien.
Der Beitrag wurde vom Arbeitskreis Öffentlichkeitsarbeit der Seniorexperten Chemie, einer Fachgruppe der Gesellschaft Deutscher Chemiker, erstellt.
Autor: Prof. Dr. Eberhard Ehlers (bearbeitet durch kjs, Redaktion FaszinationChemie).
Für die Erstellung dieses Beitrags hat Prof. Dr. Heribert Offermanns (†) zwei seiner Veröffentlichungen zur Verfügung gestellt.

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