Waschmittel E-Book

Günter Wagner

• Herausgeber: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA
• Kategorie: Fachliteratur
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 513

Veröffentlichungsjahr: 2017

Beschreibung

Waschmittel begegnen uns täglich im Haushalt, in der Werbung und im Supermarkt. Sie werden von uns mit großer Selbstverständlichkeit 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 umweltverträglich waschen? Seit wann gibt es eigentlich moderne Waschmittel? Diese und viele andere Fragen beantwortet das vorliegende Buch. Es bietet eine naturwissenschaftlich fundierte Einführung in das umfangreiche Gebiet der Waschmittelchemie, stellt die wichtigen Neuentwicklungen der letzten Jahre vor, beschreibt die Auswirkungen des Waschens auf die Umwelt und geht dabei auch auf wichtige Aspekte des Verbraucherverhaltens und des Verbraucherschutzes ein. Die richtige Anwendung der Waschmittel ist der entscheidende Faktor für das Ausmaß der Umweltbelastungen und den Ressourcenverbrauch beim Waschen. Aspekte einer nachhaltigen Entwicklung, eines nachhaltigen Konsumverhaltens sowie Hinweise zum "richtigen" Waschen sind deshalb von großer Bedeutung und werden im Buch gebührend berücksichtigt. In der 5. Auflage wurden alle Kapitel überarbeitet und aktualisiert. Zusätzlich sind wichtige Entwicklungen, aktuelle Fragestellungen und Innovationen der letzten Jahre im Bereich der Waschmittelchemie sowie des Waschens insgesamt aufgenommen worden, insbesondere im Bereich Nachhaltigkeit, neue Angebotsformen und Hygiene bei Niedrigtemperaturwaschvorgängen.

Leseprobe

Günter Wagner

Waschmittel

Chemie, Umwelt, Nachhaltigkeit

5., vollständig überarbeitete und aktualisierte Auflage

Autor

Günter Wagner

Sandbuschweg 3

34132 Kassel

Deutschland

5. Auflage 2017

Alle Bücher von Wiley-VCH werden sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Autoren, Herausgeber und Verlag in keinem Fall, einschließlich des vorliegenden Werkes, für die Richtigkeit von Angaben, Hinweisen und Ratschlägen sowie für eventuelle Druckfehler irgendeine Haftung.

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© 2017 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Boschstr. 12, 69469 Weinheim, Germany

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Umschlaggestaltung Grafik-Design Schulz, Fußgönheim

Satz le-tex publishing services GmbH, Leipzig, Deutschland

Print ISBN 978-3-527-34316-4

ePDF ISBN 978-3-527-80982-0

ePub ISBN 978-3-527-80983-7

Mobi ISBN 978-3-527-80984-4

Danksagung

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

Mein Dank gebührt insbesondere den folgenden Personen, die an der Überarbeitung und Aktualisierung einzelner Kapitel mitgewirkt haben:

Prof. Dr. Dirk Bockmühl (Hochschule Rhein-Waal – Hygiene und Mikrobiologie) (Abschn. 8.4.3 und 8.5.6)

Elke Färber (Ärztin, Klinische Toxikologin, Giftinformationszentrum-Nord, Universitätsmedizin Georg-August-Universität Göttingen) (Abschn. 8.4.2)

Marcus Gast (Umweltbundesamt) (Abschn. 8.5, 10.2.1 und 10.2.2)

Prof. Dr. med. Johannes Geier (Informationsverbund Dermatologischer Kliniken (IVDK) Institut an der Universität Göttingen) (Abschn. 8.4.2)

Dr. Bernd Glassl (Industrieverband Körperpflege- und Waschmittel IKW) (Abschn. 8.4.1 und Anhang C)

Dr. Claus-Dierk Hager (ehem. Sasol Germany GmbH) (Kapitel 2 und Anhang A)

Dr. Thomas Herbrich (fit GmbH) (Kapitel 5 und 6)

Rudolf Herden (Miele & Cie. KG) (Abschn. 1.5–1.7)

Kerstin Ochs (ehem. Henkel AG & Co. KGaA) (Abschn. 10.2.3)

Dr. Peter Schmiedel (Henkel AG & Co. KGaA) (Kapitel 3)

Christine Schneider (Henkel AG & Co. KGaA) (Kapitel 10 und Abschn. 11.4)

Prof. Dr. med. Axel Schnuch (Informationsverbund Dermatologischer Kliniken (IVDK) Institut an der Universität Göttingen) (Abschn. 8.4.2)

Dr. Roland Schröder (ehem. Henkel AG & Co. KGaA) (Abschn. 11.4)

Dr. Horst-Dieter Speckmann (Henkel AG & Co. KGaA) (Kapitel 4–7 und Abschn. 8.2, 8.3)

Prof. Dr. Rainer Stamminger (Universität Bonn, Institut für Landtechnik) (Abschn. 1.5, 8.2, 8.5)

Dr. Norbert Stelter (Henkel AG & Co. KGaA) (Kapitel 9 und Anhang B)

Dr. Bernd Wolff-Schladitz (ehem. Dalli-Werke GmbH & Co. KG) (Kapitel 5 und 6)

Dem Verlag Wiley-VCH danke ich für die ausgezeichnete Koordination und allzeit gute Zusammenarbeit.

Vorwort

Waschmittel begegnen uns täglich im Haushalt, in der Werbung und im Supermarkt. Sie werden von uns mit großer Selbstverständlichkeit 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 umweltverträglich 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 Einführung in das umfangreiche Gebiet der Waschmittelchemie, stellt die wichtigen Neuentwicklungen der letzten Jahre vor, beschreibt die Auswirkungen des Waschens auf die Umwelt und geht dabei auch auf wichtige Aspekte des Verbraucherverhaltens und des Verbraucherschutzes ein.

Seinen besonderen Reiz erhält der Themenkreis Waschmittel durch die enge Verknüpfung naturwissenschaftlicher Erkenntnisse mit technologischen, ökologischen, wirtschaftlichen und kulturhistorischen Aspekten, denn der Waschprozess ist vermutlich das älteste Recyclingverfahren in der Geschichte der Menschheit. Schon seit vielen Tausend Jahren dient das Waschen der Hygiene und dem Erhalt der Gebrauchsfähigkeit der Kleidung und ist überall auf der Welt ein integraler Bestandteil des täglichen Lebens.

Deshalb werden in diesem Buch die Waschmittel nicht isoliert betrachtet, sondern in den Kontext des gesamten Waschprozesses gestellt. Textilien und Textilpflege, Waschmaschinen und Wäschetrockner sind eng mit der Thematik Waschmittel verbunden und sie beeinflussen sich gegenseitig in ihrer Entwicklung. Ebenso haben die Verbraucher über ihre Waschgewohnheiten einen ganz entscheidenden Einfluss auf die Nutzung der Waschmittel und den Ressourcenverbrauch beim Waschen.

In der 5. Auflage sind wichtige Innovationen der letzten Jahre im Bereich der Waschmittelchemie sowie des Waschens insgesamt mitaufgenommen worden. Beispielsweise werden Flüssigwaschmittel verstärkt nachgefragt und neue Angebotsformen bei portionierten Waschmitteln (Tabs und Flüssigtabs) sind hinzugekommen. Durch das vermehrte Waschen bei tieferen Waschtemperaturen sind Fragen zur richtigen Hygiene im Haushalt wichtiger geworden. Ebenso hat auch die Thematik einer nachhaltigen Entwicklung mit den Aspekten Ressourcenverbrauch und nachhaltiges Handeln im Haushalt an Bedeutung gewonnen. Alle Kapitel wurden deshalb überarbeitet und aktualisiert. Insbesondere sind die Kapitel 1.5 „Waschmaschinen“, Kapitel 8 „Waschmittel aus Sicht der Verbraucher“, Kapitel 10 „Methoden und Konzepte zur Bewertung der Umweltauswirkungen des Waschens insgesamt“ und Kapitel 11 „Waschen im Kontext einer nachhaltig zukunftsverträglichen Entwicklung“ weitgehend neu gestaltet worden, um die Entwicklungen und aktuellen Fragestellungen der letzten Jahre gebührend zu berücksichtigen.

Die Strukturierung des Buches hat sich insgesamt bewährt und ist deshalb im Wesentlichen beibehalten worden, zu einigen Themen sind neue Unterkapitel hinzugekommen.

Alle farbigen Abbildungen werden am Ende des Buches in Form von 24 Farbtafeln zusammenfassend dargestellt.

Die einzelnen Kapitel des Buches sind weitgehend eigenständig konzipiert, so dass sie auch sehr gut auszugsweise genutzt und gelesen werden können. In jedem Kapitel finden sich Querverweise zu anderen Kapiteln, so dass Zusammenhänge deutlich werden. Dies macht das Buch zu einem Nachschlagewerk, Lehrbuch und Studienbuch in einem. Alle zentralen Themen werden mit der nötigen fachlichen Tiefe abgehandelt, jedoch soll eine Beschränkung auf das Wesentliche helfen, den Überblick zu bewahren. Ein ausführliches Sachregister hilft bei Auffinden der gewünschten Themen und Fachbegriffe. Das Literaturverzeichnis ist deutlich erweitert worden, um das Quellenstudium zu erleichtern.

Das Buch wendet sich an alle Leserinnen und Leser, die sich mit dem Themenkreis Waschmittel und Waschen näher beschäftigen wollen. Die Konzeption des Buches ist so angelegt, dass ein breiter Leser- und Benutzerkreis angesprochen werden kann: Alle interessierten Verbraucher, die mehr über Waschmittel und Waschen erfahren wollen, sowie alle, die beruflich mit dieser Thematik zu tun haben: Lehrerinnen und Lehrer der naturwissenschaftlichen Fächer; interessierte Schülerinnen und Schüler; Studierende der Naturwissenschaften an Universitäten und Fachhochschulen; Journalistinnen und Journalisten; Arbeitskreise, Verbände und Initiativen, die sich mit dem Thema Waschmittel näher auseinandersetzen wollen; Fachkräfte im Bereich der Beratungstätigkeit für Verbraucher- und Umweltfragen und interessierte Auszubildende und Berufstätige im Bereich der Chemie, der Textilberufe und der Hauswirtschaft.

Ich wünsche Ihnen viel Freude beim Lesen.

Kassel, September 2016

Günter Wagner

Abbildungsnachweis

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

Abb. 8.22

,

10.6

: Label der A.I.S.E.

BASF AG:

Abb. 5.2

,

5.11

,

5.12

Fonds der chemischen Industrie, Informationsserie „Textilchemie“:

Abb. 1.14

, Folienserie 14 „Tenside“:

Abb. 3.9

Gesellschaft für Konsumforschung (GfK):

Abb. 1.30

,

1.31

,

1.33

GINETEX GERMANY:

Abb. 1.17

Dr. Claus-Dierk Hager (ehem. Sasol Germany GmbH):

Abb. 2.4

,

2.5

,

2.6

Fachverband für Energie-Marketing und -Anwendung (HEA):

Abb. 1.24

Henkel AG & Co. KGaA:

Abb. 1.11

,

5.6

,

5.23

,

5.25

,

5.26

,

5.27

,

5.30

,

5.32

,

5.41

,

7.2

,

7.3

,

7.4

,

7.5

,

7.6

,

7.7

Henkel AG & Co. KGaA, Konzernarchiv:

Abb. 7.1

,

8.2

,

8.3

,

8.4

,

8.7

,

9.1

Industrieverband Körperpflege- und Waschmittel (IKW):

Abb. 1.8

,

8.20

,

8.21

,

8.29

Miele & Cie. KG:

Abb. 1.19

,

1.22

,

1.25

,

1.26

,

1.27

,

1.29

,

1.32

Novozymes A/S:

Abb. 5.24

Heinrich Oberlack:

Abb. 1.18

Procter & Gamble Service GmbH:

Abb. 6.5

,

6.9

Dr. Roland Schröder (SEPAWA):

Abb. 10.6

Prof. Dr. Rainer Stamminger, Universität Bonn, Sektion Haushaltstechnik:

Abb. 1.23

Günter Wagner:

Abb. 3.7

,

8.16

,

8.23

,

8.24

Rudolf Weber (SOFW, H.

15

(1985), S. 442):

Abb. 3.11

Thorsten Wind (Henkel AG & Co. KGaA, Henkel internal document: „Safe-Your-Future Webpage“):

Abb. 9.4

,

9.8

,

9.10

,

B.3

Umweltbundesamt:

Abb. 10.6

: Logo Blauer Engel, Logo EU Ecolabel

Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e. V. (ZVEI):

Abb. 1.28

– EU Energielabel (ohne Erläuterungen)

1Partner 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:

Mechanische Haftung:

Feinverteilter Schmutz lagert sich in Faserhohlräumen oder zwischen den Fäden ein und wird dort praktisch „eingeklemmt“.

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.

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 allein nicht zu einer nennenswerten Belastung des Wassers mit diesen Ionen führen. In Verbindung mit Kohlenstoffdioxid aus der Luft oder aus Oberflächengewässern kann sich jedoch in wässriger Lösung leicht lösliches Calciumhydrogencarbonat bilden (Abb. 1.7).

Abb. 1.6 Wasserhärtebereiche in Deutschland gemäß Wasch- und Reinigungsmittelgesetz.

Abb. 1.7 Carbonatgleichgewicht.

Als Folge dieses Carbonatgleichgewichtes kann es unter bestimmten Bedingungen zu sehr hohen Erdalkalikonzentrationen im Wasser kommen. Im Extremfall können Konzentrationen von mehr als 100 °dH (entspricht mehr als 18 mmol/L Ca2+- und Mg2+-Ionen) entstehen. Beim Erwärmen, z. B. beim Waschen und Kochen im Haushalt, kann Calciumcarbonat wieder zurückgebildet werden und sich in Form von Kesselstein ablagern oder als Inkrustation auf der Wäsche niederschlagen. Für Magnesiumionen gelten ähnliche Überlegungen, allerdings kann in alkalischer Lösung zusätzlich schwer lösliches Magnesiumhydroxid ausfallen.

Deutschland gehört zu den Gebieten mit relativ hoher durchschnittlicher Wasserhärte. Innerhalb von Deutschland wiederum ist die Wasserhärte je nach geologischen Gegebenheiten unterschiedlich. Eng benachbarte Gebiete können sehr differierende Wasserhärten besitzen (Abb. 1.8). Beispielsweise kommen im Stadtgebiet Frankfurt a. M. abhängig von der genauen Wohnlage im Trinkwasser alle Wasserhärtebereiche von weich bis hart vor. Durch die Wiedervereinigung ist seit 1990 eine Verschiebung hin zu härterem Wasser erfolgt. Überwiegend hartes Wasser findet man in Großbritannien, ausgesprochen niedrige Wasserhärten z. B. in Japan oder den USA [5] (Abb. 1.9). Regenwasser besitzt eine Wasserhärte unter 0,2 mmol/L (1 °dH).

Für die richtige Dosierung des Waschmittels ist die Kenntnis der Wasserhärte notwendig. Sie kann in Deutschland bei den örtlichen Wasserwerken jederzeit erfragt werden. Einmal jährlich wird sie allen Haushalten bekannt gegeben (meist als Bestandteil der Wasserjahresabrechnung).

1.4 Textilien

Die Textilfasern stellen in ihrer chemischen Struktur und ihren Eigenschaften ein sehr weites Spektrum dar [6–9]. Sie lassen sich je nach ihrer Gewinnung bzw.

Abb. 1.8 Wasserhärteverteilung in Deutschland (Quelle: Industrieverband Körperpflege- und Waschmittel (IKW)).

Abb. 1.9 Verteilung der Wasserhärte in ausgewählten Ländern in Prozent der jeweils im angegebenen Härtebereich befindlichen Haushalte [5].

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 für die Wahl von Waschtemperatur, Waschmaschinenprogramm und Waschmittel.

Abb. 1.10 Einteilung der Textilfasern (mit der zugehörigen standardisierten Kurzbezeichnung).

Abb. 1.11 Stark vergrößerte Textilfasern (Quelle: Henkel AG & Co. KGaA).

Naturfasern

Naturfasern besitzen eine weitaus größere und rauere Oberfläche als Synthesefasern. Sowohl Baumwolle als auch Wolle können relativ viel Wasser einlagern. Nach bekleidungsphysiologischen Gesichtspunkten sind Naturfasern, bedingt durch ihren komplexen Faseraufbau mit stark hydrophiler Beschaffenheit, auch heute noch unübertroffen.

Die Baumwolle stellt die weitaus wichtigste Naturfaser dar. 2014 wurden weltweit 26,4 Millionen Tonnen dieser Faser produziert (Abb. 1.12). Baumwolle ist preiswert, sehr hautfreundlich, lässt sich leicht bleichen, färben und weiterverarbeiten. Baumwolltextilien sind strapazierfähig, reißfest und angenehm zu tragen. Aus diesem Grund zählt Baumwolle weltweit zu den beliebtesten Ausgangsmaterialien für Textilien.

Baumwolle besteht aus nahezu reiner Cellulose, einem Polysaccharid, welches aus 8000 bis 14 000 Glucoseeinheiten aufgebaut ist. Die Glucose liegt als β-D-Glucose vor, und die Moleküle sind stets über die 1,4-Stellung miteinander verknüpft. Daraus resultiert ein lang gestrecktes fadenförmiges Makromolekül (Abb. 1.13). Etwa 30 Celluloseketten lagern sich, über Wasserstoffbrückenbindungen zusammengehalten, zu kleinen Einheiten, den Elementarfibrillen zusammen. Mehrere

Abb. 1.12 Welttextilfaserproduktion 1970 bis 2014 (Quelle: Industrievereinigung Chemiefaser e. V. (IVC)).

Abb. 1.13 Ausschnitt aus einem Cellulosemolekül.

Abb. 1.14 Aufbau einer Baumwollfaser (Quelle: Fonds der Chemischen Industrie „Informationsserie – Textilchemie“).

Elementarfibrillen bilden miteinander verdrillte größere Verbände, die Mikrofibrillen, die sich wiederum zu Makrofibrillen zusammenlagern. Mehrere Makrofibrillen bilden einen Fibrillenstrang. Eine Baumwollfaser ist aus vielen Fibrillensträngen aufgebaut, die sich schichtweise anordnen. Im Faserinnern verbleibt ein kleiner Hohlraum, den man Lumen nennt. Die äußere Wand der Baumwollfaser (Cuticula) besteht aus besonderes widerstandsfähigen Kohlenhydraten (Hemicellulose und Pektine) und einer Wachsschicht. Die äußere Form der Baumwollfaser ist flach und verdreht (Abb. 1.14).

Abb. 1.15 Aufbau einer Wollfaser.

Die Fibrillenstränge werden leicht von Wasser durchdrungen, sodass Baumwolle bis zu 65 % ihres Gewichtes an Wasser aufnehmen kann ohne zu tropfen.

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

Die raue äußere Schuppenschicht der Wollfasern neigt zum Verhaken und Verzahnen untereinander, dadurch werden die Wollfasern verdichtet und räumlich 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, erhöhte Temperatur und mechanische Einflüsse (Stauchen und Drücken) begünstigt.

Die Ursachen für die besonderen Eigenschaften der Wolle liegen in ihrer chemischen Struktur begründet. Wolle besteht aus Eiweißmolekülen, den Keratinen. Grundbausteine sind 18 Aminosäuren, die über Peptidbindungen miteinander verknüpft sind. Die Keratine liegen als spiralförmige Moleküle (α-Helix) vor. Vier Helices sind miteinander zu einer Superhelix verdrillt, die ähnlich wie Cellulosemoleküle zu kleinen Einheiten, den Mikrofibrillen assoziieren. Diese lagern sich in regelmäßigen, komplexen Strukturen zu einer Wollfaser zusammen (Abb. 1.15).

Die Helixstruktur ist die Ursache der großen Faserelastizität. Bei Belastung können die gedrillten Proteinketten in einen gestreckten Zustand übergehen. Tritt Entlastung ein, bildet sich die ursprüngliche Helixstruktur zurück. In den Hohlräumen der Helixstruktur ist ausreichend Platz für die kleinen Wassermoleküle, dadurch kann Wolle bis zu 30 % ihres Eigengewichtes an Wasser speichern, ohne sich feucht anzufühlen. Wolle ist bei allen Tierarten, u. a. Schaf, Ziege, Kamel, Lama und Kaninchen, chemisch ähnlich 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 größeren Mengen an Wasser speichern, ist dafür aber extrem reißfest. Seide zeigt einen charakteristischen Glanz.

Chemiefasern

Chemiefasern auf Cellulosebasis (cellulosische Fasern) gehören zu den ältesten synthetischen Fasern und 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 aufgelöst und durch Spinndüsen bei gleichzeitiger Ausfällung in die neue gewünschte Form gebracht. Das wichtigste Lösungsmittel ist Schwefelkohlenstoff in Verbindung mit Natronlauge. Viskosefasern haben eine glatte glänzende Oberfläche. Rein optisch zeigt Viskose durch ihren Glanz eine große Ähnlichkeit 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 Lösung von Cellulose in einem organischen Lösungsmittel gewonnen wird. Dadurch lässt sich diese viskoseähnliche Faser auf besonders umweltschonende Weise herstellen, denn das eingesetzte Lösungsmittel (N-Methylmorpholin-N-oxid) lässt sich nahezu vollständig zurückgewinnen. Zusätzlich lassen sich über dieses Produktionsverfahren Fasereigenschaften, z. B. die Nassfestigkeit, verbessern.

Zwischen 1950 und 1960 wurden die klassischen Chemiefasern Polyamid, Polyacryl und Polyester eingeführt (Abb. 1.16). Es begann ein neuer Zeitabschnitt für Textilien, denn die pflegeleichten Chemiefasern waren bügelfrei, ließen sich leicht säubern, schnell trocknen und erleichterten dadurch die Hausarbeit erheblich. Leider waren die bekleidungsphysiologischen Eigenschaften von synthetischen Fasern der 1. Generation unbefriedigend, denn sie hatten eine relativ glatte Oberfläche, konnten keine größeren Mengen Wasser binden, luden sich häufig elektrostatisch auf und rochen schon nach kurzer Tragezeit unangenehm.

In der Folgezeit war die Industrie bestrebt, die bekleidungsphysiologischen Eigenschaften der Chemiefasern zu verbessern. Dies gelang durch Texturieren, d. h. Kräuseln der thermoplastischen Fasern und durch Mischungen mit Naturfasern, z. B. Baumwolle/Polyester. Bei den Fasermischungen übernimmt die Naturfaser den Feuchtigkeitsaustausch, die Chemiefaser sorgt für eine pflegeleichte Stoffkonstruktion. Pflegeleichte Mischfaserstoffe aus Natur- und Chemiefasern machen heute einen großen Anteil des Bekleidungsmarktes aus.

Abb. 1.16 Die chemische Struktur von Polyester und Polyamid.

Polyesterfasern, mit Handelsnamen z. B. Trevira®, Diolen® oder Dacron® bezeichnet, sind mengenmäßig mit 51 % der Welttextilfaserproduktion (2014) die weltweit wichtigsten Textilfasern. Die Produktion von Polyesterfasern ist in den letzten Jahren nochmals deutlich angestiegen. Artikel aus Polyester laufen nicht ein, sie sind in hohem Maße formstabil. Darüber hinaus sind sie überdurchschnittlich strapazierfähig.

An Bedeutung gewonnen haben in den letzten Jahren Polypropylenfasern (PP), die u. a. für funktionelle Sportunterwäsche, Outdoor- und Funktionsbekleidung und Heimtextilien verwendet werden.

Bei Synthesefasern ist nicht jede Form des Schmutzes gleichermaßen gut zu entfernen. Pigmentschmutz lässt sich leicht ablösen, fettige Anschmutzungen, in ihren lipophilen Eigenschaften der Faser ähnlich, können auch sehr schwer entfernbar sein. Chemiefasern neigen leichter zum Vergrauen als Naturfasern, weil insbesondere bei höherer Temperatur fettähnlicher (lipophiler) Schmutz durch Diffusionsprozesse tief in die Faser hineinwandern kann, was zu einer dauerhaften Schmutzbindung führt. Synthesefasern haben ferner die unerwünschte Eigenschaft, sich bei mechanischer Bewegung elektrostatisch aufzuladen, was zu einer erhöhten Schmutzablagerung führen kann.

Vollkommen neue Eigenschaften bieten elastische Fasern aus Polyurethan, die Elastanfasern (Lycra®, Dacron®). 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 Berufsund Sportkleidung, entstanden. Mischgewebe aus Polyamid (Nylon®) und Elastan sind die Basis für gut sitzende Strumpfhosen und Leggings.

Textilkonstruktionen mit mikroporösen Membranen aus Teflon® (Goretex®) oder hydrophilen Membranen aus Polyester (Sympatex®) sind undurchlässig für Regen und Wind, aber durchlässig für Wasserdampf, sodass die Körperfeuchte sich nicht staut. Diese modernen Textilkonstruktionen verbinden gute bekleidungsphysiologische Eigenschaften mit hohem Tragekomfort. Einen ähnlichen Charakter zeigen Textilien aus Mikrofasern. Die Mikrofaser ist eine äußerst feine Chemiefaser (hundertmal feiner als Menschenhaar), die sich problemlos mit anderen Natur- oder Chemiefasern kombinieren lässt. Um die Gebrauchseigenschaften dieser modernen Textilien zu erhalten, ist eine genaue Beachtung der Pflegeanweisungen notwendig.

Kennzeichnung von Textilfasern

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

Waschbarkeit von Textilien

Ein sicherer Leitfaden zur Waschbarkeit von Textilien ist die Pflegekennzeichnung (Abb. 1.17). Die Pflegekennzeichnung beruht auf einer freiwilligen Übereinkunft der Textilhersteller und ist im Rahmen der GINETEX (Internationale Vereinigung für die Pflegekennzeichnung von Textilien) geregelt. Sie ist innerhalb der GINE-TEX-Mitgliedstaaten einheitlich und meist in die Kleidungsstücke eingenäht. Neben den EU-Staaten gehören die Schweiz, Tunesien, Brasilien und Japan dazu [10]. Textilien ohne Pflegekennzeichnung sollten besser nicht gekauft werden.

Zu beobachten ist, dass sich die Pflegehinweise in den letzten Jahren in Richtung erhöhte Empfindlichkeit und verringerte maximale Waschtemperatur verändert haben. Pflegehinweise mit „Normalwaschgängen“ nehmen ab, „Schonund Spezialwaschgänge“ nehmen zu. Häufiger als früher sind 30 oder 40 °C die maximalen Waschtemperaturen. Gründe dafür dürften u. a. Modeströmungen (z. B. speziell behandelte, stark gefärbte oder empfindliche Textilfasern) sowie das Bestreben der Textilhersteller und -händler sein, durch eine entsprechend vorsichtige Kennzeichnung vorsorglich Schäden und Reklamationen zu vermeiden, die durch das Waschen der Textilien auftreten könnten.

Vor dem Waschen, Trocknen oder Bügeln sollten in jedem Fall die Pflegehinweise auf dem Etikett des Kleidungsstücks beachtet werden (siehe auch Abschn. 8.5). Jede Textilfaser hat dabei ihre eigene Charakteristik und stellt unterschiedliche Anforderungen an den Waschmitteltyp und die Waschbedingungen sowie Art des Trocknens und Bügelns. Der folgende Infokasten bietet einen kurzen Überblick über die Bedingungen zum Waschen und Trocknen wichtiger Textilien [11]:

Viele Baumwollgewebe lassen sich bei Temperaturen bis 60 °C waschen. Für Weißwäsche und helle Wäsche mit bleichbaren Flecken, z. B. Obst, Gemüse, eignen sich feste Vollwaschmittel (Pulver, Perlen, Granulat oder Tabs). Für intensiv Buntes sind Colorwaschmittel am besten geeignet, um die Farben zu schonen. Ist das Baumwollgewebe spezialbehandelt oder besonders empfindlich, sollte ein Schonwaschgang („pflegeleicht“) bei 30 bis 60 °C gewählt werden.

Wenn die Wäsche nicht im Freien getrocknet werden kann und kein Schonwaschgang empfohlen wird, sollte sie mit möglichst hoher Drehzahl, z. B. 1400 U/min, geschleudert werden. Das spart Energie beim Trocknen im Wäschetrockner. Baumwolle kann einlaufen.

Die Pflege von Wolle erfordert besondere Sorgfalt. Nicht alle Wolltextilien sind waschbar, manche nur von Hand, andere auch in der Waschmaschine im Waschprogramm „Wolle“ oder „Handwäsche“. Moderne Waschmaschinen waschen in diesen Waschprogrammen häufig schonender als mit der Hand. Wolle neigt bei mechanischer Beanspruchung zum Verfilzen. Eine Handwäsche sollte daher so kurz wie möglich sein, ohne Einweichen, Rubbeln oder Wringen. Anschließend mit reichlich Wasser spülen. Für Wolle nicht geeignet sind Voll- und Colorwaschmittel aufgrund ihrer hohen Alkalität und leistungsstarker Proteasen. In alkalischer Lösung verfilzt Wolle, und Proteasen können die Wollfaser angreifen. Wolle sollte deshalb nur mit einem pH-neutralen Wollwaschmittel gewaschen werden.

Auch die Pflege von Seide erfordert besondere Sorgfalt. Seide sollte man nie einweichen, Flecken werden unmittelbar vor der Wäsche vorbehandelt, z. B. mit flüssigem Wollwaschmittel oder geeigneten Fleckentfernern. Seidentextilien mit speziellem, für Wolle und Seide geeignetem Waschmittel bei niedrigen Temperaturen, höchstens jedoch 30 °C, waschen. In der Waschmaschine ein Spezial-Schonwaschprogramm (Seide, Feinwäsche oder Wolle) wählen und nicht schleudern, bei der Handwäsche viel Wasser verwenden.

Zum Trocknen Textilien aus Wolle und Seide nur leicht auswringen, besonders empfindliche Stücke tropfnass in saugfähige Handtücher rollen, anschließend auf trockene Handtücher legen, in Form ziehen und liegend trocknen. Im Freien darauf achten, dass die Wäsche nicht direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist, da Helles vergilben und Dunkles ausbleichen kann.

Viskosegewebe ähneln in ihren Eigenschaften der Seide und sind ähnlich empfindlich. Sie erlauben nur schonende Waschgänge mit Feinwaschmitteln, die stark schäumen. Dabei die Waschtrommel gemäß Herstellerempfehlung der Maschine beladen. Wäsche auf keinen Fall stark schleudern, sinnvoller ist kurzes Anschleudern.

Am besten Wäschestücke aus Viskose tropfnass im Freien aufhängen. Soll in der Wohnung getrocknet werden, Wäsche über der Badewanne aufhängen oder ein Behältnis für das Tropfwasser darunter stellen. Für den Trockner sind Viskosegewebe nicht geeignet, da sie sehr stark einlaufen.

Die Chemiefasern Polyamid, Polyester und Polyacryl („Synthetik“) lassen sich aufgrund ihrer glatten Oberfläche meist leicht waschen. Weiße und stark fleckige Textilien aus Polyesterfasern und Baumwoll-Polyester-Mischgewebe sind mit Vollwaschmitteln bei einer Temperatur von maximal 60 °C waschbar, Farbiges mit Colorwaschmitteln. Textilen aus Polyacryl oder Polyamid sollten bis maximal 40 °C im Schonwaschgang („Pflegeleicht“, „Synthetik“) gewaschen werden.

Textilien aus Synthetik möglichst nicht bei hohen Umdrehungszahlen schleudern, z. B. maximal 800 U/min, kurz ausschütteln und aufhängen. Polyesterfasern und Baumwoll-Polyester-Mischgewebe können bei reduzierter Temperatur im Trockner getrocknet werden. Gewebe aus Polyacryl, Polyamid und Elastan sind nicht trocknergeeignet.

Funktionelle Sport- und Oberbekleidung sollte mit Feinwaschmitteln oder flüssigen Colorwaschmitteln und im Schonwaschgang gewaschen werden. Für Membrantextilien sollten keine Weichspüler verwendet werden, da diese die Funktionsfähigkeit der Membran vermindern können.

Abb. 1.17 Symbole für die Pflegebehandlung von Textilien (Quelle: GINETEX GERMANY c/o GermanFashion, www.ginetex.de).

Zukunftsperspektiven

Ganz neue Perspektiven bieten sich durch sogenannte „intelligente“ und „funktionale“ Textilien. Viele Innovationen sind hier in der Entwicklung: Textilien, die Strom leiten können, ihre Form und Elastizität äußeren Belastungen anpassen, unangenehme Gerüche aufnehmen, kontrolliert über längere Zeiträume Wohlgerüche abgeben, ihre Farbe ändern, gut dosiert pharmakologische Wirkstoffe abgeben, antibakterielle Eigenschaften aufweisen, schmutzabweisende oder selbstreinigende Oberflächen besitzen (Lotuseffekt®, katalytische Schmutzentfernung), heizbar sind oder Wärme speichern. Mikroelektronische Sensoren in der Kleidung, z. B. für Puls, Blutdruck, Temperatur, Herzfrequenz, Stresslevel, Trainingsintensität bei Sportlern u. a., können ihre Informationen an ein Smartphone oder einen Computer weiterleiten und damit auch das Verhalten ihrer Nutzer beeinflussen. Auch Steuerfunktionen, z. B. zur Klimatisierung der Kleidung, befinden sich in der Erprobung. Darüber hinaus könnten zukünftig auch Wegwerftextilien, die heute schon im medizinischen Bereich eingesetzt werden, eine Rolle spielen oder Textilien aus Spraydosen, die mit Wasser wieder abgewaschen werden können [12]. Schon heute gibt es Kleidung aus dem 3-D-Drucker [13].

Völlig neue Materialeigenschaften lassen sich erzielen, wenn es gelingt, Spinnenseide gentechnisch zu produzieren und daraus entsprechend dünne Fasern herzustellen. Daran wird gearbeitet. Spinnenseide ist extrem leicht, reißfester und belastbarer als Stahl und damit ein perfekter Rohstoff z. B. für Funktionskleidung oder kugelsichere Westen.

Auch an neuartigen Fasern aus nachwachsenden Rohstoffen, z. B. auf Basis von Milchproteinen (Casein) oder Polymilchsäure, wird geforscht.

All diese Innovationen werden in Zukunft den Bekleidungsmarkt ergänzen und erweitern und sicher auch Einfluss auf die Waschgewohnheiten und Waschbarkeit von Textilien haben.

Bei all diesen technisch möglichen Innovationen wird aber der weitaus wichtigste Zukunftsaspekt sein, eine nachhaltige Entwicklung bei der Produktion, des Gebrauchs und der Entsorgung von Textilien zu fördern und sicherzustellen [14]. Das bedeutet, u. a. daran zu arbeiten,

Kleidung möglichst ressourcenschonend herzustellen,

eine sozialverträgliche Produktion und Verarbeitung der Textilien in den Herstellerländern sicherzustellen,

ein neues Modebewusstsein zu schaffen: weg von der „Fast Fashion“, der modischen Kleidung als Wegwerfware, hin zu einer Haltung, dass Kleidung lange getragen und genutzt werden kann und lange haltbar ist.

Die Bedeutung eines nachhaltigen Konsums lässt sich beispielhaft an folgenden Aspekten aufzeigen: