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Partner beim Waschprozess

1.1 Einführung

Das Ziel des Waschens ist die Wäschepflege. Dazu gehört nicht nur die Schmutzentfernung, sondern auch ein einwandfreier hygienischer Zustand der Wäsche und die Erhaltung des Gebrauchswertes. Die Ansprüche an das Waschergebnis sind sehr hoch und nur erfüllbar durch das optimale Zusammenwirken der am Waschprozess beteiligten Partner

• Wäscheschmutz
• Wasser
• Textilien
• Waschgeräte
• Waschmittel

Waschmittel können 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 näher auf die Waschmittelchemie eingegangen wird.

Die Abhängigkeiten der Waschfaktoren untereinander lassen sich sehr anschaulich am sogenannten Waschkreis nach Sinner zeigen (Abb. 1.1). In dieser Abbildung wird beispielhaft das Waschen mit der Hand und in der Trommelwaschmaschine gegenübergestellt. Man sieht, dass sich die Bedeutung der Waschfaktoren deutlich verlagert hat. Beim Waschen im 40 °C-Waschgang mit Fleckentaste kann in etwa die gleiche Waschleistung erzielt werden wie im 60 °C-Waschgang, weil die verringerte Temperatur durch eine längere Waschzeit kompensiert wird.

Vor ca. 60 Jahren war der Kochwaschgang zumindest bei stärker verschmutzter Wäsche üblich. Der überwiegende 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 möglichst geringer Energieeinsatz und Wasserverbrauch beim Waschen. Zusätzlich steht der Wunsch nach wenig Zeitaufwand im Vordergrund. Dabei erwarten die Verbraucher eine unverändert hohe Waschqualität sowie Schonung und Werterhalt auch von farbigen und empfindlichen Textilien. Als Folge davon ist die Waschtemperatur deutlich gesunken, die Waschgänge sind kürzer und die Mechanik der Waschmaschinen ist schonender geworden. Der Anteil der Chemie am Waschprozess muss notwendigerweise deutlich höher sein als früher. Leistungsfähige Waschmittel sind heute der wichtigste Faktor für den Wascherfolg.

Abb. 1.1 Vergleich der Einflussfaktoren beim Waschen unter verschiedenen Waschbedingungen (Waschkreis nach Sinner).

1.2 Der Wäscheschmutz

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

Der durchschnittliche Schmutzanteil bei normal verschmutzter Wäsche beträgt 1,3 % des Wäschegewichtes. Bei einer Waschladung von 5 kg entspricht dies etwa 65 g Schmutz. Nur ein geringer Teil des Schmutzes (20 bis 25 %) ist wasserlöslich. Der weitaus größte Teil lässt sich erst durch Waschmittel und mithilfe von Mechanik vom Waschgut entfernen. Ein Teil des Wäscheschmutzes, dazu gehören z. B. Farbstoffe sowie eiweiß- und stärkehaltiger Schmutz, lässt sich erst nach chemischer Veränderung durch Oxidation oder Hydrolyse beseitigen.

Über 60 % der Wäschestücke kommen beim Tragen mit dem Körper in Berührung (Abb. 1.3) [1]. Daher ist es nicht verwunderlich, dass der mengenmäßig größte Anteil des Wäscheschmutzes durch den direkten Kontakt zwischen Wäsche und dem menschlichen Körper verursacht wird (Abb. 1.4).

Abb. 1.2 Wichtige Bestandteile von Wäscheschmutz.

Abb. 1.3 Textilien in einer durchschnittlichen Waschladung.

Für die Schmutzhaftung auf der Faser sind folgende Effekte von Bedeutung:

1. Mechanische Haftung: Feinverteilter Schmutz lagert sich in Faserhohlräumen oder zwischen den Fäden ein und wird dort praktisch "eingeklemmt".
2. Intermolekulare Wechselwirkungen: Dipolkräfte, Wasserstoffbrückenbindungen und Van-der-Waals-Kräfte begünstigen eine Schmutzhaftung auf Faseroberflächen. Je kleiner ein Schmutzteilchen ist, desto stärker werden die intermolekularen Wechselwirkungen.
3. Coulomb-Kräfte: Elektrostatische Aufladungen und Ionenbildung haben Einfluss auf die Haftung des Schmutzes.

Abb. 1.4 Durchschnittliche Zusammensetzung von Wäscheschmutz.

Zusätzlich zur chemischen Zusammensetzung spielen Zustand und Teilchengröße 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 möglich. Bei Fetten treten ebenfalls Alterungsprozesse auf. Hier spielen Oxidationsprozesse mit Luftsauerstoff die entscheidende Rolle.

Grundsätzlich gilt: Kleine Teilchengrößen bedingen große Oberflächen des Schmutzes. Dadurch können Adsorptionserscheinungen und intermolekulare Wechselwirkungen zwischen Schmutz und Faser stärker wirksam werden. Schmutz mit Teilchengrößen kleiner als 0,2 µm lässt sich deshalb nur sehr schwer von der Wäsche entfernen. Darüber hinaus spielen Struktur und Polarität der Textilfaser eine wesentliche Rolle für die Schmutzhaftung bzw. Schmutzentfernung. Naturfasern haben eine wesentlich größere spezifische Oberfläche als Chemiefasern (Baumwolle 20 bis 200 m2/g; Polyester 0,2 bis 2 m2/g) [2] und sind wesentlich polarer aufgebaut.

Schmutzhaftung und Schmutzablösung sind insgesamt sehr komplexe Vorgänge, die von vielen Faktoren beeinflusst werden. Am Beispiel der Tenside werden in Kapitel 3 Schmutzablöseprozesse genauer unter die Lupe genommen.

1.3 Wasser und Wasserhärte

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

• Lösen der wasserlöslichen Schmutzteile,
• Transport des Waschmittels zum Waschgut,
• Übertragung der mechanischen Bewegung und der Temperatur auf das Waschgut,
• Aufnahme des von der Faser abgelösten Schmutzes in Form einer Emulsion oder Suspension.

Abb. 1.5 Umrechnungstabelle zur Ermittlung der Wasserhärte.

Die Menge des pro Bundesbürger in Deutschland verbrauchten Wassers ist enorm. Durchschnittlich 121 L wurden in der Bundesrepublik pro Einwohner und Tag im Jahr 2013 verbraucht [3], davon rund 12 % (14 L) täglich zum Wäschewaschen [4]. Im zeitlichen Vergleich hat der Wasserverbrauch seit 1990 um 26 L (18 %) pro Person und Tag abgenommen.

Zu den für den Waschprozess störenden Inhaltsstoffen des Wassers gehören in erster Linie die Elemente Calcium und Magnesium in Form ihrer Ionen. Diese Erdalkalien bestimmen die Qualität des Wassers beim Waschen. Calcium- und Magnesiumionen bilden mit Seife schwer lösliche Salze, die Kalk- und Magnesiumseife. Auch mit einigen anderen anionischen Tensiden können schwer lösliche Verbindungen entstehen. Weiterhin können sich schwer lösliche Erdalkalicarbonate auf der Wäsche und den Heizstäben der Waschmaschinen ablagern. Beim Waschen sind Erdalkaliionen daher grundsätzlich unerwünscht.

Eine vergleichbar störende Wirkung beim Waschen zeigen auch Eisen- und Manganionen, die ebenfalls in geringer Konzentration im Trink- und Oberflächenwasser vorkommen. Auch sie bilden in wässriger Lösung schwer lösliche Salze, die durch ihre gelbe bis braune Färbung identifiziert werden können und die zu Wäschevergilbungen führen. Zusätzlich stören diese Schwermetallionen den Bleichvorgang (vgl. Abschn. 5.4).

Die Summe der Erdalkalien wird in Form der Wasserhärte (Gesamthärte) erfasst. Man bezeichnet Wasser mit hohem Gehalt an Calcium- und Magnesiumionen als hart, solches mit geringem Gehalt als weich. Entstanden ist der Begriff "Härte" des Wassers, weil calcium- und magnesiumreiches Wasser in früheren Zeiten beim Waschen mit Seife zu brettharter Wäsche führte. Die zahlenmäßige Festlegung geschieht in Form von Härtegraden (Abb. 1.5). Die gesetzlich vorgeschriebene Maßeinheit lautet Millimol Erdalkaliionen pro Liter Wasser (mmol/L). In Deutschland ist aber auch immer noch die traditionelle Einheit Grad deutscher Härte (°dH) gebräuchlich. Die internationale Standardisierung der Maßeinheit hat sich noch nicht überall durchgesetzt, sodass es von Land zu Land noch weitere unterschiedliche Maßeinheiten gibt. Gemäß der Neufassung des Waschund Reinigungsmittelgesetzes v. 29.04.2007 (WRMG) bezeichnet man Wasser mit mehr als 2,5 mmol Erdalkaliionen pro Liter (> 14 °dH) als hart (Abb. 1.6).

Entscheidend für die Konzentration der Erdalkalien ist die Herkunft des Wassers. Die Carbonate von Calcium und Magnesium sind sehr schwer löslich und würden für sich...