Früher war die traditionelle
Seifenherstellung ein sehr aufwändiges Verfahren, die genauen
Rezepte waren gut gehütete Geheimnisse. Der Import von Kokosfett
nach Europa ab 1830 und das Ermöglichen der industriellen Produktion
von Soda nach dem Verfahren von Solvay
(1861) leitete das Zeitalter der modernen Waschmittel ein.
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Die traditionellen Verfahren werden heute
bei den großtechnischen Prozessen kaum noch angewendet. Stattdessen
spaltet man zunächst die Fette und Öle in Druckkesseln bei 180°C
durch eine Hydrolyse mit Wasserdampf zu freien Fettsäuren. Das gleichzeitig
entstehende Glycerin wird abgetrennt. Die Fettsäurereinigung erfolgt
durch eine anschließende Vakuumdestillation bei niedrigem Druck.
Beim Einrühren der Fettsäuren in eine siedende Natriumcarbonatlösung
(=Sodalösung) reagieren die Fettsäuren mit dem Natriumcarbonat
zu Seife, Wasser und Kohlenstoffdioxid.
2 C17H35COOH
+ Na2CO3 ----->
2 C17H35COO-Na+
+ H2O + CO2
Stearinsäure
+ Natriumcarbonat ----->
Natriumstearat +
Wasser + Kohlenstoffdioxid
Der Vorteil der Fettsäureverseifung
besteht auch darin, dass man aus Erdöl Seife herstellen kann. Die
aus dem Erdöl gewonnenen langkettigen Paraffine lassen sich zunächst
durch eine katalytische Oxidation in Fettsäuren umwandeln. Auf diese
Art und Weise kann auch aus Stearinsäure
Seife hergestellt werden. Stearinsäure ist ein Bestandteil des Kerzenwachses.
C17H35COOH
+ NaOH ----->
C17H35COO-Na+
+ H2O
Stearinsäure
+ Natriumhydroxid -----> Natriumstearat
+ Wasser
Allerdings stehen momentan genügend
natürliche Fette und Öle zur Verfügung, so dass die Herstellung
von Seifen aus Erdöl eher unbedeutend ist.
Großtechnische
Herstellung von Tensiden
Die Herstellungsverfahren der modernen
Tenside verlaufen in vielen, komplizierten
Schritten. Der "klassische" Weg zur Herstellung eines Alkylbenzolsulfonats
erfolgt aus den aus Erdöl gewonnenen
Paraffinen. Diese werden in einer
Substitutionsreaktion mit
Chlor zu Chloralkanen umgesetzt:
Alkan + Chlor ---UV-Licht---> Chloralkan + Chlorwasserstoff
Die dabei erhaltenen Chloralkane lassen sich mit Platin- oder Aluminiumkatalysatoren bei hoher Temperatur zu linearen Alkenen dehydrieren. Bei der hier stattfindenden Eliminierungsreaktion entsteht auch Chlorwasserstoff:
Chloralkan ---Katalysator/300°C--->
Alken + Chlorwasserstoff
Mit Hilfe eines Friedel-Crafts-Katalysators
(z.B. Fluorwasserstoff) erhält
man mit Benzol ein Alkylbenzol:
Alken + Benzol
---Friedel-Crafts-Katalysator---> Alkylbenzol
Mit Schwefeltrioxid (vgl. Schwefelsäureherstellung)
lässt sich in einer Sulfonierung
die Sulfogruppe SO3-H in das Alkylbenzol-Molekül einführen:
Das Wasserstoffatom der Sulfogruppe SO3-H
kann ein Proton abgegeben, die Alkybenzolsulfonsäure ist daher eine
Säure. So lässt sich die
Sulfonsäure auch mit Natronlauge
neutralisieren, und man erhält das Salz der Sulfonsäure, in unserem
Fall Alkylbenzolsulfonat (LAS):
R-SO3H
+ NaOH
-----> R-SO3-Na+
+ H2O (R=Alkylbenzol)
Alkylbenzolsulfonsäure
+ Natriumhydroxid -----> Alkylbenzolsulfonat +
Wasser
Andere Tenside wie die
Fettalkoholsulfate (FAS) oder die Alkylpolyglucoside
(APG) lassen sich aus nachwachsenden Rohstoffen gewinnen. Beide sind
biologisch sehr gut abbaubar. Die dafür notwendige Glucose kann aus
der Stärke von Mais- oder Kartoffelpflanzen
gewonnenen werden (>siehe Glucose)
oder direkt aus zuckerliefernden Pflanzen wie Zuckerrohr oder Zuckerrüben.
Das ebenfalls notwendige Kokosfett
wird über den Zwischenschritt einer Esterreaktion zu Fettalkohol reduziert.
Man bezeichnet einen primären Alkohol
mit 6-22 Kohlenstoffatomen, wenn er aus Fetten oder Fettsäuren hergestellt
wurde, als Fettalkohol.
Die APG lassen sich durch die Substitutionsreaktion
des Fettalkohols mit Glucose mit Hilfe eines geeigneten Katalysators herstellen.
Durch ständiges Entfernen des bei der Reaktion entstehenden Wassers
und durch die Zugabe von Fettalkohol im Überschuss verschiebt sich
die Gleichgewichtsreaktion nach rechts:
Setzt man den Fettalkohol
mit konzentrierter Schwefelsäure
um, so bildet sich ein Ester:
CH3-(CH2)n-OH
+ H2SO4 ----->
CH3-(CH2)n-O-SO3H +
H2O
Fettalkohol
+ Schwefelsäure -----> Schwefelsäurealkylester
+ Wasser
Neutralisiert man den Ester mit konzentrierter
Natronlauge, entsteht Fettalkoholsulfat (FAS):
CH3-(CH2)n-O-SO3H
+ NaOH -----> CH3-(CH2)n-O-SO3-Na+
+ H2O
Schwefelsäurealkylester
+ Natronlauge -----> Fettalkoholsulfat
+ Wasser
Die frühen Vollwaschmittel kamen in
Pulverform auf den Markt. Erwünscht waren vor allem eine gute Lager-,
Transport- und Dosierfähigkeit. Beim Hochdrucksprühverfahren
werden die festen und flüssigen Komponenten des Waschmittels in einem
Mischbehälter mit Wasser vermischt,
so dass ein pumpfähiger Brei entsteht. Im Sprühturm
trocknen die Komponenten durch das Zugeben von Heißluft bei ca. 300°C.
Dabei entsteht ein Pulver, das sehr gut wasserlöslich ist und wenig
stäubt. Auf dem nachfolgenden Transportband erfolgt die Kühlung
und danach eine Zwischenlagerung im Vorratsbehälter.
Erst danach gibt man zur Aufbereitung
die temperaturempfindlichen Bestandteile wie Bleichmittel, Enzyme oder
Parfüms hinzu. Im Verpackungsautomat
wird das fertige Waschmittel für die Lagerung und den Verkauf portioniert
und abgepackt. Das Produktionsschema
ist vereinfacht wiedergegeben:
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