Klassifizierung von Tensiden und ihre Anwendungen

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Autor
mgr inż. Alicja Kapiszka
19.02.2024
Klassifizierung von Tensiden und ihre Anwendungen
Zusammenfassung
Inhaltsübersicht
  • Tenside werden in vielen verschiedenen Industriezweigen eingesetzt: Kosmetika, Lebensmittel, Metallurgie, Pharmazeutika, Farben und Lacke und viele andere Anwendungen.
  • Sie werden in vier Hauptgruppen eingeteilt: nichtionische, anionische, kationische und amphotere Tenside. Jede Gruppe zeichnet sich durch unterschiedliche Eigenschaften aus.
  • Die wichtigsten Anwendungen von Tensiden sind Emulgatoren, Dispergiermittel, Lösungsvermittler, Reinigungsmittel, Weichmacher, Waschmittel und Bakterizide.

Tenside (ZPC oder SPC) sind in unserer Umwelt weit verbreitet – sie sind vor allem in Reinigungsmitteln und Kosmetika enthalten. Was sind die Merkmale dieser Gruppe von chemischen Verbindungen? Wie werden sie klassifiziert und wofür können wir die verschiedenen Arten von Tensiden verwenden?

Was sind Tenside?

Tenside, auch Tenside oder SAA (Surface Active Agents) genannt, sind chemische Substanzen, deren Haupteigenschaft darin besteht, die Ober- oder Grenzflächenspannung an der Schnittstelle zwischen verschiedenen Substanzen zu verringern. Diese Wirkung ist auf die spezifische Struktur der Moleküle von Tensiden zurückzuführen – sie haben einen polaren Teil (hydrophiler, wasserlöslicher „Kopf“) und einen unpolaren Teil (hydrophober, wasserunlöslicher „Schwanz“). Der polare Teil ist in der Regel ein saurer Rest, während der unpolare Teil ein organisches Salz ist.

Die folgenden Eigenschaften sind im Zusammenhang mit Tensiden und ihren Anwendungen von Bedeutung:

  • hohe Löslichkeit in vielen Stoffen oder Stoffgemischen,
  • Fähigkeit zur Bildung von Emulsionen und Mizellen,
  • starke Adsorptionseigenschaften,
  • Toxizität gegenüber Mikroorganismen,
  • Anfälligkeit für chemischen oder biologischen Abbau, was ihre Umweltschädlichkeit verringert.

Welche Rolle spielen die Tenside?

Tenside haben aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften eine Vielzahl von Funktionen. Sie können als Schaumbildner, Waschmittel, Emulgatoren, Lösungsvermittler sowie als Netz- und Dispergiermittel eingesetzt werden. Außerdem haben sie adsorptive, antiklumpende, antistatische und weichmachende Eigenschaften.

Im Zusammenhang mit der Verwendung von Tensiden ist das Konzept des Hydrophil-Lipophil-Gleichgewichts (HLB-Index) wichtig, das von einem hydrophil-hydrophobischen Gleichgewicht spricht. Je höher der HLB-Wert, desto hydrophiler und besser wasserlöslich ist eine Verbindung, und je niedriger der HLB-Wert, desto hydrophober und besser öllöslich ist sie. Verbindungen mit einem hohen HLB-Wert werden in der Regel als Lösungsvermittler und Waschmittel verwendet, während solche mit einem niedrigeren HLB-Wert als Netz-, Beschichtungs- und Antischaummittel eingesetzt werden.

Tenside werden auch zur Herstellung von Kolloiden, Schäumen und Emulsionen verwendet. Eine Emulsion ist ein System, das aus zwei Flüssigkeiten besteht, die sich nicht vermischen. Ein solches scheinbar homogenes Gemisch besteht aus Tröpfchen der einen Substanz, die in der anderen suspendiert sind. Je nach Medium und gewünschtem Emulsionstyp können Tenside mit unterschiedlichen HLB-Werten als Emulgatoren eingesetzt werden. Viele Arten von Tensiden mit unterschiedlichen Anwendungen werden im Foodcom-Shop angeboten.

Tenside kommen auch in der Natur vor. In der Lunge verringern diese Verbindungen, die aus Lipoproteinen bestehen, die Spannung in den Lungenbläschen, so dass diese gut funktionieren können.

Klassifizierung von Tensiden

Tenside werden in der Regel nach ihrer chemischen Struktur eingeteilt. Man kann auch zwischen Verbindungen aus erneuerbaren oder nicht erneuerbaren Quellen, leicht abbaubaren oder schwer/nicht abbaubaren Verbindungen unterscheiden, und sie können auch nach ihren Anwendungsmöglichkeiten eingeteilt werden. Manchmal wird auch eine Klassifizierung nach der Struktur und der Anzahl der hydrophilen Teile und der Struktur der sie verbindenden Ketten vorgenommen.

Im Folgenden finden Sie die am häufigsten verwendete Einteilung – nach der chemischen Struktur. Tenside werden in ionische und nichtionische eingeteilt, wobei die ionischen weiter unterteilt werden in: anionisch, kationisch und amphoterisch. Aus dieser Einteilung ergeben sich die vier im Folgenden beschriebenen Grundgruppen von Tensiden.

Anionische Tenside

Anionische Tenside haben einen anionischen hydrophilen Teil, d. h. eine negative Ladung. Aufgrund ihrer guten biologischen Abbaubarkeit sind sie die am häufigsten verwendeten Tenside.

Hier gibt es sechs Untergruppen, darunter auch Verbindungen mit zwei oder drei hydrophilen Gruppen im Molekül. Je nach Untergruppe können anionische Tenside die folgenden Eigenschaften haben: Benetzung, Schäumen, Waschen, Dispergieren.

Beispiele für anionische Tenside sind: Natriumsalz von 2-Ethylhexanolsulfat, Natriumsalz von sulfatiertem Decylalkohol, Natriumsalz von Alkylbenzolsulfonsäure, Natriumlaurylsulfat. Sie tauchen in der Zusammensetzung von Kosmetika unter Abkürzungen wie SLS oder SLES auf.

Diese Stoffe können als Bestandteile von Seifen, Waschmitteln und anderen Reinigungs-, Wasch- und Wäscheprodukten verwendet werden. Sie können reizende Eigenschaften aufweisen und werden daher oft mit anderen Tensiden kombiniert, um ihre Wirkung abzuschwächen.

Kationische Tenside

Kationische Tenside haben einen kationischen hydrophilen Teil, d. h. eine positive Ladung. Sie werden aufgrund ihrer schlechteren biologischen Abbaubarkeit und damit größeren Umweltbelastung seltener eingesetzt.

Am gebräuchlichsten sind kationische Tenside auf der Basis von quaternären Ammoniumsalzen. Weitere Beispiele sind Benzalkoniumchloride und Cetyltrimethylammoniumbromid.

Kationische Tenside haben schlechte Schaum- und Wascheigenschaften, können aber als Verdickungsmittel, Emulgatoren, Dispergiermittel sowie als biozide und antistatische Verbindungen verwendet werden. Sie werden häufig in der Formulierung von Haarprodukten, z. B. in Spülungen und Shampoos, verwendet, um die statische Aufladung der Haare zu verringern. Sie können auch eine glättende, pflegende, desinfizierende und bakterientötende Wirkung haben.

Amphotere Tenside

Amphotere Tenside haben eine hydrophile Gruppe, die sowohl positiv als auch negativ geladen ist. Die Form, die die Verbindung annimmt, hängt vom pH-Wert der Lösung ab, in der sie sich befindet.
Beispiele für amphotere Tenside sind Betain-Derivate (eine Substanz mit vielen Verwendungszwecken, u. a. zur Steigerung der Salzsäureproduktion im Magen): Alkylbetaine, Sulfanbetaine und Alkylamidobetaine, die desodorierende und bakterizide Eigenschaften haben.

Von den genannten Gruppen sind die amphoteren Tenside am wenigsten schädlich, und sie vermindern auch die reizende Wirkung anderer Tenside. Sie schäumen gut und haben ausgezeichnete Verdickungseigenschaften und eine hohe Wasserlöslichkeit. Sie sind Bestandteil von Babyshampoos, Intimpflegemitteln und Autopflegeprodukten.

Nichtionische Tenside

Nichtionische Tenside haben einen nichtionischen hydrophilen Teil. Sie zeichnen sich durch gute biologische Abbaubarkeit aus. Sie können unterschiedliche Eigenschaften haben und werden daher in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt – in der Chemie-, Textil-, Metallurgie- und Kosmetikindustrie.

Sie haben in der Regel gute Emulgier- und Benetzungseigenschaften und dienen auch als gute Reinigungsmittel. In der Kosmetik werden sie bei der Herstellung von Shampoos und Reinigungsmitteln verwendet, wobei sie häufig mit anionischen Tensiden kombiniert werden, um deren Reizwirkung zu verringern.

Ein Beispiel für eine solche Verbindung ist Polysorbat 20, das als Emulgator in der kosmetischen und pharmazeutischen Industrie verwendet wird. Sein Zweck ist es, die Textur und Stabilität von Kosmetika wie Cremes, Deodorants, Babyölen und Haarpflegeprodukten zu verbessern.

Herstellung von Tensiden

In der Vergangenheit wurden Tenside ausschließlich aus petrochemischen Rohstoffen hergestellt. Die zunehmende Sorge um die Umwelt und die weltweiten Initiativen zur Verringerung der CO2-Emissionen haben dazu geführt, dass sie heute hauptsächlich aus Kohlenwasserstoffen und Fettsäuren pflanzlichen Ursprungs gewonnen werden. Es ist auch möglich, Biotenside herzustellen, d. h. Tenside, die mit Mikroorganismen durch biotechnologische Verfahren produziert werden.

Beispiele für die Verwendung von Tensiden pflanzlichen Ursprungs sind Geschirrspülmittel und Herbizidzusätze auf der Basis von Rapsöl.

Anwendungen von Tensiden

Tenside werden in vielen Bereichen der Industrie und des Haushalts eingesetzt. Die häufigsten Anwendungen von Tensiden werden im Folgenden erläutert.

Kosmetische Industrie

Die schäumenden, dispergierenden und emulgierenden Eigenschaften von Tensiden sind in der Kosmetikindustrie von großer Bedeutung. Sie werden in Shampoos und Reinigungsmitteln verwendet und ermöglichen die wirksame Entfernung verschiedener Verunreinigungen von der Körper- oder Haaroberfläche. Sie werden auch als Emulgatoren in Kosmetika verwendet. Aufgrund ihrer biostatischen und bioziden Eigenschaften werden sie auch verwendet, um kosmetische Zubereitungen vor Mikroorganismen zu schützen. Tenside für Kosmetika sind im Foodcom-Shop erhältlich.

Haushaltschemikalien

In der Haushaltschemie wirken Tenside als Reinigungsmittel. Sie werden als Wasch-, Spül- und Reinigungsmittel sowie als Verdickungs- und Weichmachungsmittel eingesetzt. Sie schützen auch vor Mikroorganismen.

Metallurgie und Erdölindustrie

Tenside werden auch in der Erdölindustrie eingesetzt – auf Ölfeldern und bei der Ölentsalzung als Deemulgator. Sie sind auch Zusatzstoffe für Erdölprodukte. In der Metallurgie wiederum werden sie zur Reinigung von Metalloberflächen eingesetzt.

Andere Anwendungen

Darüber hinaus gibt es eine Reihe weiterer industrieller Anwendungen für Tenside. In der Textilindustrie werden sie als Netz-, Wasch-, Emulgier- und Dispergiermittel sowie als Hilfsmittel zum Weichmachen und Färben von Stoffen eingesetzt. In der Lebensmittelindustrie werden sie als Emulgatoren, Stabilisatoren und Schaumbildner eingesetzt. In der Mikroelektronik werden sie bei der Herstellung von Halbleitermaterialien und magnetischen Partikeln verwendet, in der Automobilindustrie bei der Herstellung von Autoshampoos und Anti-Verdunstungsformulierungen. Außerdem werden sie bei der Herstellung von Farben, Lacken, antimikrobiellen Holzschutzmitteln und als Bestandteil von Pestiziden verwendet.

Machen Tenside hartes Wasser weicher?

Tenside haben eine enthärtende Wirkung. Sie enthärten hartes Wasser, indem sie die darin enthaltenen Partikel adsorbieren, so dass die gewaschene Oberfläche feuchter wird und sich die Schmutzpartikel leichter im Wasser lösen. Hartes Wasser führt jedoch zu einem höheren Verbrauch an Tensiden, die als Waschmittel verwendet werden – die Menge an Tensiden, die benötigt wird, um eine ausreichende Schaumbildung und Waschwirkung zu erzielen, ist größer als bei der Verwendung von weichem Wasser. Aus diesem Grund verwenden die Hersteller von Wasch-, Putz- und Reinigungsmitteln häufig Zusätze in Form von Wasserenthärtern, wie z. B. eine Natriumsalzlösung von Acrylat-Maleat-Copolymeren oder Zeolithen.

Schädlichkeit von Tensiden

Aufgrund der Eigenschaften von Tensiden und ihrer hohen Löslichkeit in verschiedenen Medien können nicht vollständig abgebaute Verbindungen frei in der Natur zirkulieren. Sie werden sowohl in Abwässern und behandeltem Wasser, Grund- und Oberflächenwasser als auch in Böden nachgewiesen, von wo aus sie in Pflanzen und lebende Organismen gelangen. Tenside reichern sich leicht in Organismen an, was zu dem gefährlichen Phänomen der Biokonzentration führen kann.

Tenside können auch eine reizende Wirkung auf die menschliche Haut haben. Dies gilt insbesondere für Zubereitungen, die erhebliche Mengen an Tensiden enthalten, wie z. B. Haushaltschemikalien. Die Exposition gegenüber solchen Verbindungen kann zu Reizungen und allergischen Reaktionen führen. Tenside, die in Kosmetika und Körperreinigungsmitteln enthalten sind, gehören zu der Gruppe der hautfreundlichen Tenside.

Tenside werden in vielen verschiedenen Branchen verwendet. Bei der Auswahl der richtigen Verbindung ist es wichtig, ihre Eigenschaften, den pH-Wert des Produkts, den HLB-Index und den CMC-Wert zu berücksichtigen, der Auskunft über die Fähigkeit des Tensids gibt, Mizellen zu bilden. Es ist auch wichtig, die Nebenwirkungen der Verbindung, ihre reizende Wirkung und mögliche Zusatzstoffe zur Abschwächung dieser negativen Auswirkungen zu berücksichtigen. Heutzutage ist es auch wichtig, auf die Umwelt zu achten, daher ist es gut, für die Herstellung Verbindungen pflanzlichen oder mikrobiellen Ursprungs zu wählen, die leicht biologisch abbaubar sind.

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