Kann Wäsche leuchten?

Abb. 1: Auslobung der „Leuchtkraft“ eines<br />Universalwaschmittels. [Quelle: Henkel]

Die Beziehung zwischen der Chemie des Waschens und Licht ist vielleicht nicht für jedermann direkt ersichtlich. Dabei war noch bis ins 20. Jahrhundert hinein die Rasenbleiche üblich, bei der die Wäsche in der Sonne mit Hilfe von UV-Licht und Singulett-Sauerstoff aufgehellt wurde, der sich katalytisch in Gegenwart von Wasser und Chlorophyll bildet [1]. Diese Zeiten sind in den westlichen Ländern inzwischen Geschichte; dennoch sollte es neugierig stimmen, dass die Hersteller von Waschmitteln heute mit Begriffen wie "Leuchtkraft" oder "lichtaktiv" werben (s. Abb. 1). Was passiert also beim modernen Waschprozess mit der Wäsche, und was hat Licht damit zu tun?

Betrachten wir zunächst einmal die Herstellung und den Lebenszyklus eines weißen Textils, z.B. eines T-Shirts aus Baumwolle. Während der Herstellung wird der T-Shirt-Stoff in verschiedenen Schritten veredelt, um aus der natürlichen und gelblichen Baumwollfaser ein angenehm zu tragendes weißes Textil zu machen. Dazu wird die Rohbaumwolle gewaschen, entwachst, gestriegelt und gesponnen, also zu Garn und schließlich zum Textil verarbeitet. Danach bleicht man die Baumwolle, um ein reines Weiß und eine gleichmäßige Saugfähigkeit zu erhalten. Beim Mercerisieren werden die Baumwollstoffe alkalisch behandelt und dadurch der Farbglanz und die Reißfestigkeit erhöht. Schließlich kann die Baumwolle eine Ausrüstung erhalten, die z.B. den Knitterschutz erhöht, oder um die durch Bleichen nicht restlos beseitigte, auf Rückständen beruhende Gelbfärbung zu kompensieren. Letzteres geschieht mit Hilfe von optischen Aufhellern. Ganz analog wird übrigens mit Papier verfahren.

Die optischen Aufheller haben allerdings nur eine begrenzte Wirksamkeit und Lebensdauer und können durch den Trageprozess, durch Verschmutzung, durch Lichteinstrahlung und durch Waschen in ihrer Funktion beeinträchtigt werden. Um den Verlust zu kompensieren, werden Universalwaschmitteln lösliche optische Aufheller zugesetzt, die während des Waschens auf dem Textil adsorbieren und die optische Wirkung erneuern. Dies verhindert eine zunehmende Vergilbung und Verringerung des Weißeindrucks der Textilien und erhöht so die Nutzungsdauer. Bei den Aufhellern handelt es sich vor allem um Stilben- bzw. Biphenylverbindungen (s. Abb. 2) [1, 2]. Ihre Wirksamkeit beruht auf Fluoreszenz durch UV-Anregung. Geeignet sind Substanzen, die im UV-Licht bei Wellenlängen von 290-400 nm absorbieren und im sichtbaren Licht, möglichst bei 430-440 nm, wieder emittieren (s. Abb. 3). Im Waschmittelbereich sind optische Aufheller in erster Linie für das Waschen heller Textilien mit Vollwaschmitteln vorgesehen; in Waschmitteln für farbige und dunkle Textilien werden sie von den meisten Herstellern nicht eingesetzt.

Abb. 2: Stilbenderivat 1 = (Dinatrium-4,4-bis-[(4-anilino-6-morpholino-1,3,5-triazin-2-yl)amino]-stilben-2,2-disulfonat) und Biphenylderivat 2 = (Dinatrium-4,4-bis-(2-sulfostyryl)-biphenyl). Die Sulfonatgruppen sind für die Wasserlöslichkeit der ansonsten hydrophoben Aufheller verantwortlich. [Quelle: Henkel]
Abb. 3: UV-VIS Spektrum bei der Lichtabsorption und Fluoreszenz durch optische Aufheller. Die Absorption von Licht im UV-Bereich durch das Aufhellermolekül löst Fluoreszenzemission im sichtbaren Bereich des Spektrums aus. [Quelle: BASF]Abb. 3: UV-VIS Spektrum bei der Lichtabsorption und Fluoreszenz durch optische Aufheller. Die Absorption von Licht im UV-Bereich durch das Aufhellermolekül löst Fluoreszenzemission im sichtbaren Bereich des Spektrums aus. [Quelle: BASF]

Optische Aufheller sind übrigens keine ganz neue Erfindung, sondern schon seit Ende des 18. Jahrhunderts aus der Natur bekannt. Extrakte aus der Rosskastanie oder der Esche, aber auch Liebstöckel, enthalten fluoreszierende Glucosid-Derivate des Umbelliferons, u.a. Fraxin und Aesculin [3].

 

"Hueing", „Shading“ und "Blueing"

Eine Farbtonverschiebung ("Hueing" oder „Shading“) durch zugesetzte wasserlösliche blaue, grüne oder violette Farbstoffe wird gelegentlich in Waschmitteln verwendet, um den Farbeindruck auf weißen Textilien zu verbessern. Dabei ist es essentiell, eine geeignete, sehr geringe Dosierung zu nutzen, damit die Textilien nicht nach einigen Waschzyklen verfärben.
Da die Farbwahrnehmung auch kulturell geprägt ist, ist der Einsatz solcher "Hueing Dyes" regional unterschiedlich ausgeprägt. Während z.B. in den USA ein leicht gelbliches Weiß als sauber gilt, wird in vielen afrikanischen und asiatischen Ländern ein bläulicher Farbton bevorzugt. Daher spricht man in diesen Regionen auch von "Blueing"; teilweise werden sogar eigene Produkte nur für diesen Zweck angeboten. Auch diese Idee ist nicht ganz neu: bereits Mitte des 19. Jahrhunderts wurde pulverisiertes Ultramarinblau dafür verwendet, und man sprach daher auch in Deutschland vom „Bläuen“ der Wäsche.


Der Weißgrad macht den Unterschied

Der Weißgrad ist ein Maß für die Remissionswirkung einer Fläche. Beim Testen von Waschmitteln ist der Weißgrad daher ein wichtiger Parameter, der direkt mit der Leistungsfähigkeit korreliert werden kann. Der Weißgrad wird üblicherweise unter Normlicht bestimmt, welches sich vom natürlichen Tageslicht durch den geringeren Anteil an kurzwelliger UV-Strahlung unterscheidet. Da optisch aufgehellte Textilien wie oben beschrieben fluoreszieren und sichtbares Licht abstrahlen, wirkt sich dies als Verbesserung der Weiße, letztlich des Weißgrades aus. Ein Waschmittel mit Aufheller macht Wäsche also sichtbar „weißer“. Bei UV-freiem Licht wäre dieser zusätzliche Effekt aber nicht messbar. Für optisch aufgehellte Substrate sind insofern zwei Angaben nötig, die mit und ohne UV-Anregung. Dem entspricht dann das „gefühlte Weiß“ bei sonnigem Tageslicht und im UV-freien Kunstlicht.
Besonders dramatisch kann sich der Unterschied im Weißgrad nach mehreren Wäschen auswirken. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von Vergrauen, einem komplexen Zusammenspiel von Schmutzablösung, -umverteilung und -ablagerung auf dem Textil. Abb. 4 zeigt zwei Textilien nach dem Waschen in verschieden leistungsstarken Waschmitteln.

Abb. 4.: Effekt der Vergrauung von Baumwolltextilien nach drei Waschzyklen in Waschmitteln mit unterschiedlicher Leistung in Bezug auf den Weißgraderhalt. [Quelle: Henkel]

Das Licht bringt den Duft

Ein ganz neuer Ansatz, Wäsche und Licht zu verbinden, besteht in der Verwendung von photoaktiven Duftstoffen [4, 5]. Stellen Sie sich vor, Ihr Lieblings-T-Shirt fängt wunderbar an zu duften, wenn Sie damit morgens in die Sonne treten. Es ist Gegenstand aktueller Forschungen, Duftmoleküle so zu modifizieren, dass sie im Dunkeln chemisch fest an einen „Anker“ gebunden sind und ihren Duft erst dann freisetzen, wenn sie ans Licht kommen. Diese neuen Düfte wären nach dem Waschen länger wahrnehmbar, da keine Duftstoffe verloren gehen, wenn die Textilien nach dem Waschen ein paar Tage im Dunklen liegen. Erst, wenn die Wäsche aus dem Schrank geholt und dem Licht ausgesetzt wird, werden die Moleküle freigesetzt. Es ist aber noch eine große Herausforderung, genau die richtige Menge der geeigneten Duftstoffe einzusetzen und damit den Duft möglichst lang anhaltend zu machen.

 

Effizient und nachhaltig – ein echtes „Highlight“

Vergleicht man die Formulierung, die Leistung und die Aspekte der Nachhaltigkeit von Waschmitteln über mehrere Jahre hinweg, so zeigt sich, dass die Waschleistung der Rezepturen signifikant zugenommen hat, während gleichzeitig die eingesetzte Menge an waschaktiven Substanzen deutlich reduziert wurde. Dies hat zu einem insgesamt niedrigeren Global Warming Potential und zu Verbesserungen aller relevanten Lebenszyklus-Indikatoren geführt [6]. Maßgeblich dafür war der partielle Ersatz von Tensiden durch andere, effizientere Bestandteile wie Enzyme, welche neue Leistungsdimensionen und für den Verbraucher relevante Vorteile ermöglichen. Daher ist zu erwarten, dass zukünftige Waschmittel weiterhin ihre Leistung bei niedrigen Waschtemperaturen verbessern und dazu beitragen, Vorteile bei der Nachhaltigkeit für Hersteller, Handel und die Verbraucher zu ermöglichen. Eine Absenkung der Waschtemperatur von 40 auf 30 °C spart etwa ein Drittel der Energie, eine Absenkung von 60 auf 40 °C sogar fast die Hälfte [7]. Normal verschmutzte Wäsche wird mit modernen Waschmitteln bereits bei 20 °C sauber. Mit der eingesparten Energie kann man dann ganz nach Bedarf für mehr Licht an anderer Stelle sorgen. Wenn beispielsweise alle Maschinenwäschen innerhalb der EU von 40 auf 30 °C abgesenkt würden, könnte allein diese eingesparte Energie die öffentliche Straßenbeleuchtung in Deutschland für mehr als drei Jahre sicherstellen. Somit sorgt nachhaltiges Wäschewaschen für „Highlights“ beim Energiesparen.

Literatur

[1] Wagner, G.: Waschmittel – Chemie, Umwelt, Nachhaltigkeit, Wiley-VCH, 2010. DOI:10.1002/9783527635412

[2] Smulders, E.: Laundry Detergents, Wiley-VCH, 2002. DOI: 10.1002/3527600450

[3] Drosky, P.; Sander, M.; Nakata, K.; Siehl, H.-U.; Zeller, K.-P.; Berger, S.; Sicker, D.; Die optischen Aufheller Fraxin und Aesculin “Schillerstoffe” aus der Eschenrinde, Chemie in unserer Zeit 2014, 48, 6, 450–459, DOI: 10.1002/ciuz.201400685

[4] Herrmann, A; Profragrances – Riechstoffvorstufen. Konzepte und Anwendungen in der funktionellen Parfümerie, Chemie in unserer Zeit 2015, 49, 1, 36–47, DOI: 10.1002/ciuz.201400677

[5] Griesbeck, A.; Hinze, O.; Görner, H.; Huchel, U.; Kropf, C; Sundermeier, U.; Gerke, T.; Aromatic aldols and 1,5-diketones as optimized fragrance photocages; Photochem. Photobiol. Sci., 2012, 11, 587-592, DOI: 10.1039/c2pp05286e

[6] Dreja, M; Vockenroth, I.; Plath, N.; Schneider, C.; Martinez, E.; Formulation, Performance and Sustainability Aspects of Liquid Laundry Detergents, Tenside Surfactants Detergents 2014, 51, 2, 108–112, DOI: 10.3139/113.110289

[7] www.persil.de/de/waschberatung/waschrechner.html