Manche mögen’s weich - Wacker Chemie AG


Manche mögen’s weich

Weichspüler verbessern die Eigenschaften von Textilien. Ihre Hauptkomponente sind kationische Tenside, meist Esterquats. In Kombination mit Siliconölemulsionen lassen sich die vom Verbraucher gewünschten Eigenschaften – wie Weichgriff, Wasseraufnahme, Knitterschutz und Bügelfreundlichkeit – noch besser realisieren.

Im waschtechnischen Labor von WACKER in Burghausen: Waschmaschinen mit Videokamerasystemen zur automatischen Erfassung des Schaumstands.

Hausfrauen kennen das Phänomen, Kinder hassen es: Nach dem Waschen und dem anschließenden Trocknen auf der Leine oder einem Wäscheständer fühlen sich besonders Textilien aus Baumwolle nicht weich und flauschig an, sondern steif und hart. Der Fachmann spricht von einer sogenannten Trockenstarre, die sich in unbewegter Luft ausbildet. Ursache dieses Phänomens sind elektrostatische Wasserstoffbrücken zwischen den Cellulosefasern.

Um der Wäsche die von der Werbung beschworene „himmlische Weichheit“ zu verleihen, gibt es sogenannte Weichspüler. Ihr Hauptwirkstoff sind kationische Tenside. Aufgrund ihrer positiv geladenen funktionellen Gruppen ziehen sie auf die negativ geladenen Textilfasern auf und werden dort wegen der elektrostatischen Wechselwirkung festgehalten. Neben ihrer positiven Ladung tragen die als Weichmacher eingesetzten Kationtenside auch noch lange Kohlenwasserstoffketten, wie sie auch bei Fetten auftreten. Diese Lipidketten sorgen für eine verbesserte Gleitwirkung zwischen den Fasern sowie zwischen Hautoberfläche und Textilgewebe. Dadurch fühlen sich die mit solchen Weichmachern ausgerüsteten Textilien weich an.

Mehr Tragekomfort gewünscht

Weichspüler wurden vor etwa einem halben Jahrhundert auf den Markt gebracht. Neben den gestiegenen Ansprüchen der Verbraucher an den Tragekomfort ihrer Wäsche spielte hierfür eine Rolle, dass die Hersteller seit Ende der 1950er-Jahre die Formulierung ihrer Waschmittel veränderten. Die bis dahin verwendete Seife wurde durch anionische und nichtionische Tenside ersetzt. Diese sind zwar sehr leistungsfähig, aber im Gegensatz zur Seife hinterlassen sie keine Kalkseife und keine unverseiften Fettreste auf den Fasern. Die Textilien werden sehr sauber, bleiben aber hart und kratzen. Gewissermaßen als „Ausgleich“ muss das Weichspülmittel dann kationische Tenside enthalten.

Weichspülmittel werden erst im letzten Spülgang zugesetzt. Sie sollen der Wäsche nicht nur den von Verbrauchern geschätzten Weichgriff und den erhöhten Tragekomfort verleihen, sondern erfüllen auch eine Vielzahl anderer Aufgaben: Duftstoffe verleihen den Textilien einen frischen Geruch. Darüber hinaus sorgen Weichspüler für eine geringere Reibung zwischen den Textilfasern, schonen so das Gewebe beim Schleudergang und verleihen dem Textil einen Knitterschutz. Bei Kunstfasern verringern sie zudem die elektrostatische Aufladung. Auch die Reibung zwischen den Fasern und dem Metall des Bügeleisens wird vermindert, sodass der Bügelvorgang beschleunigt wird und weniger Energieeinsatz erforderlich ist.

Biologisch leichter spaltbar

In den 1990er-Jahren wurde als kationisches Tensid und Hauptwirkstoff für Weichspüler häufig Distearyl-Dimethyl-Ammoniumchlorid (DSDMAC) verwendet. Der Wirkstoff ist jedoch biologisch schlecht abbaubar. Dieser Nachteil wurde durch die Entwicklung der heute weit verbreiteten sogenannten Esterquats überwunden. Sie basieren auf quaternären Triethanol-Methyl-Ammonium- oder Diethanol-Dimethyl-Ammonium-Verbindungen, bei denen die langkettigen Fettsäuren über biologisch leichter spaltbare Esterbindungen gebunden sind.

Die Entwicklung der Weichspüler ist damit aber nicht zu Ende: „Die Hersteller suchen heute nach neuen Inhaltsstoffen, um die bisherigen Formulierungen leistungsfähiger auszurüsten und ihnen noch größere Vorteile für die Verbraucher zu verleihen“, erklärt Patrik Fransehn, Leiter des Business Teams Care & Coatings bei WACKER SILICONES. Lange bekannt sind die weichmachenden Eigenschaften von Siliconen, die in Form von Siliconölemulsionen zur Textilveredelung zum Einsatz kommen. Mit WACKER® FC 218 ist jetzt eine neue Makroemulsion eines Amino-funktionalisierten Silicones aus der Fabric-Care-Linie von WACKER auf den Markt gekommen, die Weichspülmitteln vorteilhafte Eigenschaften verleiht.

„Insbesondere Esterquats und Silicone harmonieren gut miteinander und ergänzen beziehungsweise verstärken sich sogar in ihren Eigenschaften.“

Dr. Richard Becker WACKER SILICONES

Protonierte Amino-funktionalisierte Silicone sind wegen ihrer positiven Ladung in der Lage, dank der elektrostatischen Wechselwirkung auf der Textilfaser zu deponieren. „Auf diese Weise wird das Siliconmolekül an der Faser verankert, wobei Schlaufen nach außen weisen, die aus dem Si-O-Si-Rückgrat bestehen“, erklärt Dr. Richard Becker, Leiter eines anwendungstechnischen Labors für Household Care bei WACKER SILICONES in Burghausen. „Da dieses Rückgrat hoch flexibel ist, können die Fasern leicht aneinander vorbei gleiten. Die Reibung zwischen den Fasern sowie zwischen Fasern und Haut oder der Metalloberfläche eines Bügeleisens wird verringert.“

Synergien mit Siliconen

Trotz dieses überzeugenden Wirkungsmechanismus haben sich Silicone bis vor wenigen Jahren auf dem preissensitiven Markt der Weichspülmittel relativ schwer getan. Doch das ändert sich. Angesichts steigender Rohstoffpreise wächst die Attraktivität der Siliconweichmacher. „Insbesondere Esterquats und Silicone harmonieren gut miteinander und ergänzen beziehungsweise verstärken sich sogar in ihren Eigenschaften – so lassen sich attraktive Synergieeffekte erzielen“, sagt der WACKER - Chemiker Dr. Richard Becker. In jüngster Zeit werden daher in Weichspülern immer häufiger Mischungen aus Esterquats und neuartigen, funktionalisierten Siliconen eingesetzt (vgl. Grafik 1).

Bessere Benetzung der Faser

Bei WACKER® FC 218 handelt es sich um eine milchig-trübe, wässrige Makroemulsion eines Aminofunktionalisierten Polydimethylsiloxans. Weichspülmittel, die mit WACKER® FC 218 formuliert wurden, verleihen den behandelten Textilien Weichgriff und Knitterschutz und erleichtern das Bügeln. Da auch die Hydrophilie, also das Benetzungsverhalten der Faser, verbessert wird, kann es auch dort eingesetzt werden, wo Feuchtigkeit rasch vom Textilgewebe aufgenommen werden muss, etwa bei Handtüchern.

Um zu ermitteln, wie Siliconölemulsionen WACKER® FC 218 die Eigenschaften eines Weichspülmittels beeinflussen, ließ Dr. Richard Becker im anwendungstechnischen Labor in Burghausen Weichgriff, Wasseraufnahme und Bügelleichtigkeit von frisch gespülten Textilien experimentell untersuchen. Dabei kam einmal ein Weichspüler zum Einsatz, der mit einem zehnprozentigen Anteil von Esterquats und ohne Siliconzusatz formuliert wurde; bei der Vergleichsprobe wurde der Anteil des Esterquats auf 6,5 Prozent reduziert und dafür 1,29 Prozent Silicon zugegeben.

Quelle:WACKER SILICONES

Die Wasseraufnahmefähigkeit der beiden Vergleichsproben – mit und ohne WACKER® FC 218 – untersuchten die Chemiker in Burghausen mit dem TEGEWA-Tropfentest. Dabei handelt es sich um ein standardisiertes Testverfahren des deutschen Industrieverbands TEGEWA, in dem sich unter anderem die Hersteller von Textilhilfsmitteln und Waschrohstoffen zusammengeschlossen haben.

Auftropfen und Messen

Zur Bestimmung des Benetzungsverhaltens wird ein Tropfen (70 Mikroliter) deionisiertes Wasser vorsichtig auf das Textilgewebe getropft und dann die Zeit bis zum völligen Einsinken des Tropfens gemessen. Diese Messung führen die Laboranten je drei Mal auf mehreren, meist fünf verschiedenen Stellen des Gewebes durch und berechnen danach einen Mittelwert. Ergebnis: Die Wasseraufnahmegeschwindigkeit nahm signifikant zu, wenn der Weichspüler mit Silicon formuliert wurde: Die Textilfasern wurden bereits nach durchschnittlich rund 16 Sekunden benetzt, ohne Siliconzusatz erst nach etwa 90 Sekunden (Grafik 1).

Quelle: WACKER SILICONES

Auch waren die mit Silicon behandelten Textilien deutlich leichter zu bügeln: Um die Rutschgeschwindigkeit eines Bügeleisens zu ermitteln, bauten die WACKER-Chemiker im Labor in Burghausen eine schiefe Ebene mit einer Länge von knapp 90 Zentimeter und einem Neigungswinkel von sechs bis sieben Grad. Auch hier zeigte sich (Grafik 2): War der Weichspüler mit Silicon formuliert, glitt das Bügeleisen schneller über die Textilie.

Auch die eigenen Mitarbeiter mussten bei WACKER in Burghausen heran, um in einer Reihe von Vergleichsversuchen den Weichgriff von Frotteehandtüchern zu testen, die einmal mit und einmal ohne Silicon gewaschen wurden (Grafik 3). Die Handtücher wurden den Mitarbeitern anonymisiert, also ohne jede Kennzeichnung, überreicht. „Auch bei dieser haptischen Vergleichsuntersuchung zeigte sich, dass Textilien als deutlich weicher empfunden wurden, wenn dem Weichspülmittel WACKER® FC 218 zugesetzt wurde“, berichtet Versuchsleiter Dr. Becker.

Quelle: WACKER SILICONES

Weniger Additive, aber bessere Eigenschaften

„Neben den verbesserten Parametern Weichgriff, Hydrophilie und Bügelleichtigkeit bietet die Formulierung von Weichspülmitteln mit WACKER® FC 218 auch Kostenvorteile“, betont weiterhin Patrik Fransehn, Leiter des Business Teams Care & Coatings von WACKER SILICONES. Denn trotz eines ingesamt geringeren Anteils von Additiven besitze die Testformulierung mit WACKER® FC 218 bessere Eigenschaften als ein Weichspüler, der ausschließlich auf Basis von Esterquats formuliert sei. Zwar müssten die Mischanlagen für die Zudosierung von Siliconölemulsionen gegebenenfalls umgerüstet werden, ergänzt Fransehn. „Wegen des geringeren Rohstoffeinsatzes machen sich diese Investitionen aber schnell bezahlt.“

Zusätzlich zur Einsparung von Kosten – nämlich zur Senkung des Energieverbrauchs – trägt die Tatsache bei, dass Esterquats während der Herstellung von Weichspülern erhitzt werden, Silicone nicht. Der Einsatz von Siliconen verringert außerdem Logistikkosten: Weniger Additive bedeuten auch weniger Verpackungsmaterial, weniger Transport- und Lageraufwand. „Mittel- und langfristig ist also die Umstellung auf WACKER® FC 218 für Formulierer auch wirtschaftlich sinnvoll“, fasst es Patrik Fransehn zusammen.