Tenside: Arten und Anwendungen

Tenside, ein Spitzname für „oberflächenaktive Stoffe“, wie er von Antara Products in den 1950er Jahren geprägt wurde, sind eine Art von Molekülen, die sowohl einen wasserliebenden (hydrophilen) als auch einen wasserabweisenden (hydrophoben) Teil enthalten. Diese einzigartige Struktur ist der Grund, warum Tenside in einer Vielzahl industrieller und kommerzieller Anwendungen eine wichtige Rolle spielen, z. B. in der Agrochemie, bei der Haushalts- und Körperpflege, im industriellen und institutionellen Bereich (I&I), in der Öl- und Gasindustrie sowie bei Farben und Beschichtungen.

Typen von Tensiden

Wie also funktionieren Tenside? Einige Tenside besitzen eine elektrische Ladung auf ihrem hydrophilen (wasserliebenden) Teil, und basierend auf der Identität der elektrischen Ladung(en) – oder dem Fehlen davon – werden Tenside in eine der vier Hauptklassen eingeteilt, darunter:

1. nonionisch (keine Ladung)
2. anionisch (negative Ladung)
3. kationisch (positive Ladung)
4. amphoterisch (enthält sowohl eine positive als auch eine negative Ladung)

Welches Tensid für eine bestimmte Anwendung gewählt wird, hängt stark von den inhärenten Lösungseigenschaften und der beabsichtigten Endanwendung ab. Viele dieser Verbindungen bieten außergewöhnliche Eigenschaften für eine Formulierung für einen bestimmten Markt, einschließlich schaumarmer Reinigungsmittel, schnell benetzender Eigenschaften, wasserlöslicher Verbindungen und Emulgierung für wasserunlösliche Verbindungen.
Die Auswahl des richtigen Tensids für Ihre Endanwendung ist eine schwierige Aufgabe, aber wenn Sie die Unterschiede zwischen den vier Arten von Tensiden und die Funktionsweise jedes Tensids vollständig verstehen, wird die Aufgabe der Auswahl der richtigen Moleküle viel einfacher. Lassen Sie uns also in die vier Klassen von Tensiden eintauchen und besprechen, was jeden Typ einzigartig unterscheidet.

Was ist ein nichtionisches Tensid?

Nichtionische Tenside sind eines der am häufigsten verwendeten Tenside in der Industrie, also lassen Sie uns die einfache Frage stellen: „Was ist ein nichtionisches Tensid?

Ein nichtionisches Tensid ist eine Art von Tensid, das keine Ladung an seiner hydrophilen Kopfgruppe trägt und daher von Natur aus milder ist. Aufgrund der Milde, die mit nichtionischen Tensiden verbunden ist, werden sie häufig im Haushalts- und Körperpflegemarkt sowie in der agrochemischen Industrie eingesetzt.

Außerdem trägt die fehlende Ladung dazu bei, dass nichtionische Tenside Öle leicht emulgieren können, was sie zu einem großartigen Helfer bei der Entfernung von Fetten und Ölen von verschmutzten Oberflächen macht. Obwohl diese Klasse von Tensiden üblicherweise mit Reinigungsprodukten im Haushalt oder in der Industrie in Verbindung gebracht wird, werden sie auch in anderen Bereichen häufig eingesetzt. Nichtionische Tenside werden häufig in den Märkten für Haushalts-, Schönheits- und Körperpflege-Tenside für Produkte wie Shampoos (zur Unterstützung der Emulgierung), Parfüms (als Lösungsvermittler), Kosmetika (zur Unterstützung der Dispersion von Pigmenten in Make-up) und zur Unterstützung der Emulgierung von Ölen für Hautpflegeprodukte verwendet.

Nichtionische Tenside sind nicht auf die Märkte für Haushalts- und Körperpflegeprodukte beschränkt. So werden nichtionische Tenside beispielsweise in der landwirtschaftlichen Tensidindustrie eingesetzt, um Landwirten zu helfen, da diese Verbindungen in Pestizid- und Hilfsstoffformulierungen verwendet werden, um die Verteilung, Benetzung, Haftung und Penetration des Pestizids durch die Blattoberfläche zu erhöhen. Auch bei der Raffination und Verarbeitung von Öl und Gas in der Erdölindustrie werden nichtionische Tenside eingesetzt. So werden nichtionische Tenside beispielsweise als Korrosionsschutzmittel in der Öl- und Gasindustrie für Oberflächen verwendet, die mit den Erdölprodukten in Berührung kommen, sowie als Rückfließhilfen, um den Durchfluss von Kohlenwasserstoffen zu verbessern. Aufgrund ihrer Oberflächenchemie werden nichtionische Tenside auch häufig in Beschichtungsanwendungen eingesetzt, z. B. als Emulgatoren für Latexfarben und als Verlaufsmittel für Acryllacke.

Liste der nichtionischen Tenside

Ein paar gängige Beispiele für nichtionische Tenside sind ethoxylierte und alkoxylierte Fettsäuren, ethoxylierte Amine, ethoxylierter Alkohol, Alkyl- und Nonylphenolethoxylate, ethoxylierte Sorbitanester und Rizinusölethoxylat.

Bei der Auswahl des richtigen Tensids ist es wichtig zu verstehen, wie die Identität des wasserabweisenden Anteils sowie das Verhältnis des wasserabweisenden zum wasserliebenden Anteil angepasst werden kann, um eine bessere Wasserlöslichkeit, Benetzung, Waschkraft, Emulgierung usw. zu erreichen. Um dieses Phänomen zu verstehen, muss man zunächst die Theorie des hydrophilen/lipophilen Gleichgewichts (HLB) verstehen, die für nichtionische Tenside charakteristisch ist.

Der HLB-Wert eines nichtionischen Tensids kann in beliebigen Einheiten von 1-20 berechnet und verwendet werden, um die Neigung einer Verbindung zu bestimmen, in einer bestimmten Lösung aus Öl und Wasser effektiv zu wirken. Niedrigere HLB-Werte (< 10) werden üblicherweise für ölhaltige Lösungen verwendet, während Tenside mit höheren HLB-Werten (> 10) typischerweise in Öl-in-Wasser-Emulsionen am effizientesten sind.
Genauso wie die Identität des hydrophoben Anteils des ionischen Tensids je nach Bedarf der Endanwendung variiert werden kann, bietet auch die Länge der Polyoxyethylen-Komponente (d.h. des hydrophilen Anteils) des nichtionischen Tensids dieser Verbindungsklasse ein breites Sortiment an Wasserlöslichkeiten und Reinigungseigenschaften. Eine Erhöhung des Ethylenoxidanteils erhöht typischerweise die Wasserlöslichkeit sowie das hydrophile/lipophile Gleichgewicht (HLB) der Verbindung. Eine vollständige Liste nichtionischer Tenside finden Sie in unserer Produktbroschüre hier.

Was ist ein amphoteres Tensid?

Amphotere Tenside sind zwitterionisch, d.h. sie tragen sowohl eine positive als auch eine negative Ladung an ihrer polaren Kopfgruppe, so dass die Nettoladung insgesamt null ist. Im Allgemeinen haben amphotere Tenside eine geringe Toxizität, geringe Augen- und Hautreizungen, sind tolerant gegenüber hartem Wasser und weisen eine ausgezeichnete Schaumbildung und Kompatibilität mit anderen Tensiden auf.

Aufgrund dieser einzigartigen Eigenschaft von amphoteren Tensiden verhalten sie sich je nach pH-Wert der endgültigen Formulierung unterschiedlich – in einer sauren Umgebung nehmen Amphoterika eher kationische Eigenschaften an, während sie sich in einer alkalischen Umgebung eher wie ein anionisches Tensid verhalten. Da ein amphoteres zu einem amphoteren Tensid strukturiert ist, ist diese Klasse von Molekülen mit allen anderen Klassen von Tensiden kompatibel.

Liste amphoterer Tenside

Betaine und Aminoxide sind zwei der am häufigsten verwendeten amphoteren Tenside. Betaine, enthalten sowohl eine anionische als auch eine kationische Gruppe, wie z.B. ein Carboxylat bzw. eine quaternäre Ammoniumverbindung. Amphotere Tenside gelten als milder als ihre anionischen Pendants wie z. B. Alkylethersulfate und werden daher gerne in Shampoos als direkter oder teilweiser Ersatz für Sulfate eingesetzt. Dies liegt an der Fähigkeit von Betain, die Haut- und Augenreizungen zu reduzieren, die den Alkylsulfaten zugeschrieben werden.
In ähnlicher Weise können Lauraminoxide die Reizwirkungen anionischer Tenside abmildern. Diese Tenside können hohe schäumende und verdickende Eigenschaften bieten und sind in den meisten pH-Bereichen stabil, einschließlich der Stabilität in Peroxid- und Hypochloritlösungen. Zu den wichtigsten Marktsegmenten für dieses Produkt gehören Haushaltspflege, Körperpflege, Öl &Gas und Agrochemikalien.

Was ist ein kationisches Tensid?

Im Gegensatz zu anionischen Tensiden tragen kationische Tenside eine positive Ladung an ihrer hydrophilen Kopfgruppe, was sie in antistatischen Produkten wie Weichspülern und Haarspülungen nützlich macht. Die positiv geladene polare Kopfgruppe lagert sich an die leicht negativ geladenen Oberflächen von Haaren oder von Fasern von Textilien an. Darüber hinaus ist bekannt, dass die positive Natur kationischer Tenside bei der Zerstörung der Zellmembran von Bakterien hilft, was kationische Tenside zu nützlichen antimikrobiellen Wirkstoffen macht, die häufig in Reinigungs- und Desinfektionsmitteln für harte Oberflächen zu finden sind.
Für die meisten Formulierungen, die kationische Tenside beinhalten, wird eine saure Lösung bevorzugt, da dies die positive Ladung auf der Struktur des Kationes erhält. Bei der Entwicklung einer neuen Formulierung ist es für den Formulierer wichtig zu wissen, welche Arten von Tensiden miteinander gemischt werden können. Leider ist es aufgrund der positiven Ladung kationischer Tenside am besten, wenn ein Formulierer kationische und anionische Tenside in seiner Formulierung nicht kombiniert, es sei denn, er möchte Glibber – eine klebrige oder schleimige inhomogene Substanz.

Was ist ein anionisches Tensid?

Anionische Tenside tragen eine negative Ladung an ihrem hydrophilen Kopf und bieten dadurch hervorragende Reinigungseigenschaften aufgrund ihrer unheimlichen Fähigkeit, sich an positiv geladene Partikel wie Schmutz und Öle zu binden und diese Partikel in einer mizellenartigen Struktur anzuheben und zu suspendieren. Einmal in der Mizelle, kann der Schmutz und Dreck weggefegt werden und über eine wässrige Lösung in den Abfluss gelangen, so dass Ihr Zuhause und Ihr Arbeitsplatz blitzblank sind.

Liste anionischer Tenside

Ein paar gängige Beispiele für anionische Tenside sind Alkylethersulfate, Benzylsulfonate und Phosphatester. Anionische Tenside sind dafür bekannt, dass sie unter Bewegung schäumen, aber dieser Schaum steht nicht in direktem Zusammenhang mit ihrer Reinigungsfähigkeit, da anionische Tenside im Vergleich zu ihren nichtionischen Gegenstücken nicht so gut in der Lage sind, Öle zu entfernen oder zu emulgieren. Insbesondere anionische Tenside, die Phosphatesterreste enthalten, sind vielseitige Produkte, die wirksame Haftvermittler und fantastische Hydrotrope sind und die stabil und löslich in alkalischen Bedingungen sind. Diese Tenside werden häufig als Kompatibilitätsmittel in Agrochemikalien sowie als Korrosionsinhibitoren in der Öl- und Gasindustrie verwendet.

Generell werden anionische Tenside am besten in alkalischen Lösungen verwendet, da einige aus der Lösung ausfallen, wenn sie durch eine Säure protoniert werden. Bei der Formulierung ist es gut zu wissen, dass alle anionischen Tenside mit nichtionischen Tensiden kompatibel sind, so dass der Chemiker aus einer Fülle potenzieller Co-Tenside mischen und anpassen kann. Wie bereits erwähnt, ist es jedoch ratsam, anionische Tenside nicht mit kationischen zu mischen.

Auswahl der richtigen Tensidtypen

Die Auswahl des richtigen Tensids kann wie eine überwältigende Aufgabe erscheinen, wenn man den Umfang einer Formulierung oder eines Projekts definiert. Wie bereits erwähnt, können die Eigenschaften dieser Tenside sehr spezifisch sein und von schneller Benetzung bis hin zu starker Waschkraft reichen, was den Formulierer oft vor eine scheinbar schwierige Entscheidung in Bezug auf seine Formulierung stellt.

Lassen Sie uns das Beispiel eines Chemikers nehmen, der ein Waschmittel entwickelt. Bei der Auswahl eines Tensids für sein Produkt fragt sich dieser Chemiker vielleicht…

‚Wähle ich ein Tensid mit schneller Benetzung oder ein Tensid mit starker Waschkraft, um es meinem Produkt hinzuzufügen?‘

Glücklicherweise sind viele dieser Tenside miteinander kompatibel, so dass der Formulierer Tenside aus verschiedenen Klassen kombinieren kann, um ein effizienteres Waschmittel herzustellen. Die Kompatibilität ist jedoch nicht der einzige Vorteil, den die Verwendung eines Zwei-Tensid-Systems mit sich bringt, denn die Co-Tenside können sich gegenseitig in ihrer Leistung verstärken, wenn sie miteinander gemischt werden. Aus diesem Grund wählen viele Formulierer und Chemiker oft sowohl ein primäres Tensid als auch ein sekundäres Tensid, wenn sie eine Mischung, ein Blend oder eine Formulierung erstellen.

Gemeinsame Verwendung von primären Tensiden und sekundären Tensiden

Man kann die Formulierung mit Tensiden mit dem Aufbau einer Fußball- oder Basketballmannschaft gleichsetzen, die die Meisterschaft gewinnt. Als General Manager gibt es mehrere wichtige Kriterien, die beim Aufbau Ihrer Meisterschaftsmannschaft erfüllt werden müssen, darunter (1) die Festlegung der Rollen der einzelnen Spieler, (2) die Kompatibilität zwischen den Spielern, (3) die gesamte Teamchemie und (4) die Kosten für jeden Spieler. Wenn jedes dieser Kriterien erfüllt werden kann, dann haben Sie als General Manager des Teams (d.h. der Chemiker hinter einer Rezeptur) Ihr Ziel erreicht, eine Meisterschaft zu gewinnen (oder Ihr Produkt an den Meistbietenden zu verkaufen!) Um zu verstehen, wie diese Kriterien die Stabilität und Rentabilität eines Produkts beeinflussen, werden wir jeden einzelnen Schritt innerhalb dieses sportbezogenen Szenarios weiter aufschlüsseln.

Entscheidung über die Rollen der einzelnen Spieler

Es mag offensichtlich erscheinen, aber wenn man zum Beispiel ein Basketballteam von Meisterschaftsformat aufbaut, wäre es einfach zu sagen: „Ein ganzer Kader von Michael Jordans würde funktionieren! Dieses Szenario eines Teams, das nur aus „Jordans“ besteht, würde in der Realität niemals funktionieren, da seine Fähigkeiten (obwohl sie sehr beeindruckend sind) nicht alle Bedürfnisse des Teams erfüllen können.

Während Jordan die meisten Punkte erzielte, wer half bei den Assists oder den Rebounds? Das ist der Grund, warum Michael Scottie Pippen brauchte (und warum Scottie möglicherweise Michael brauchte). Aus den gleichen Gründen kann ein einzelnes Tensid nicht alle Aufgaben erfüllen, die ein Tensid in einer Mischung oder Formulierung erfüllen muss. Meistens wird ein Chemiker ein sekundäres Tensid (in diesem Fall Scottie Pippen) wählen, um die Schwäche des primären Tensids (z. B. Michael Jordan) zu erfüllen.

Lassen Sie uns unser Beispiel eines Waschmittels nehmen, das primäre Tensid wird als Waschmittel fungieren und somit den Hauptzweck der Formulierung erfüllen. Eine gute Option für das primäre Tensid in diesem Szenario könnte ein anionisches Tensid aufgrund seiner starken Reinigungseigenschaften sein, die Schmutz von einem Kleidungsstück entfernen. Das sekundäre Tensid wird vorhanden sein, um die Leistung des Endprodukts zu steigern (in diesem Fall die schnelle Benetzung des Textils).

In diesem Teil der Formulierung wäre ein nichtionisches (HLB ~ 10) eine gute Wahl für ein sekundäres Tensid, da es das Öl und den Schmutz aus dem Textil herauslösen kann, wodurch das primäre Tensid den Schmutz entfernen kann. Im Falle eines Waschmittels kann das Sekundärtensid die Funktion des Primärtensids verstärken, da es die Oberfläche des verschmutzten Kleidungsstücks benetzt, den Schmutz in die Waschlösung bringt und schließlich dem Primärtensid ermöglicht, den Schmutz vom Substrat weg zu emulgieren.

Durch die Kombination eines Primär- mit einem Sekundärtensid lassen sich Eigenschaften einer Formulierung erzielen, die durch die Verwendung eines einzelnen Tensids nicht erreicht werden können. Siehst du, Jordan hat Scottie wirklich gebraucht!

Kompatibilität der Spieler

Ob im Sport oder im Geschäftsleben, es ist eine notwendige Komponente, dass die Teammitglieder miteinander kompatibel sind, da Streit, Unstimmigkeiten und Konflikte das Ziel der Gruppe stören können. Ein Team funktioniert am besten, wenn jeder Einzelne mit allen harmonisch zusammenarbeitet. Hätten Tom Brady und Bill Belichick im Football sechs Super Bowl-Ringe (Stand August 2019), wenn sie sich nicht einig wären?

Die Antwort ist ein klares NEIN, denn die beiden sind in-sync und ihre Football-Entscheidungsfähigkeiten ergänzen sich perfekt. Aus diesem Grund kann die Auswahl der Kompatibilität zwischen einem primären und sekundären Tensid für die Produktentwicklung ebenso lohnend sein. Im Folgenden finden Sie einige allgemeine Richtlinien für die Kompatibilität von Tensiden.

1. Nichtionische Tenside sind im Allgemeinen mit anionischen, kationischen und amphoteren Tensiden kompatibel.
2. Anionische Tenside sind NICHT mit kationischen Tensiden kompatibel (und umgekehrt).
3. Amphotere Tenside sind im Allgemeinen mit nichtionischen, anionischen und kationischen Tensiden kompatibel.

Team-Chemie

Der Begriff „Team-Chemie“ wird oft verwendet, um zu beschreiben, wie gut ein Team seine Rolle innerhalb des größeren Rahmens einer gesamten Mannschaft und Sportart versteht und annimmt. Es kann sein, dass Spieler perfekt in ihre Rollen passen und gut miteinander auskommen (Kriterien 1 und 2 erfüllen), aber aus unvorhersehbaren Gründen auf dem Spielfeld nicht gut zusammenpassen. Trainer können in dieser Situation Abhilfe schaffen, indem sie Übungen durchführen und ihr jahrelanges Wissen an die Spieler weitergeben. Aber wenn der General Manager nicht die richtige Mannschaft zusammengestellt hat, die eine einzigartige Teamchemie aufweist, wird die gesamte Gruppe den Meisterschaftsring verpassen.

Gleichermaßen müssen primäre und sekundäre Tenside nicht nur miteinander kompatibel sein, sondern sie müssen die richtige „Chemie“ innerhalb einer Formulierung haben, um die Produktstabilität zu fördern und gleichzeitig die optimalen Anwendungseigenschaften zu haben. Zum Beispiel können primäre und sekundäre Tenside, die die unheimliche Fähigkeit haben, ein Paraffinwachs zu emulgieren, bei der Emulgierung von naphthalinischen Ölen nicht so nützlich sein. Der Chemiker ist in diesem Szenario wie ein Trainer und muss sich auf seine Erfahrung verlassen, um die Tenside auszuwählen, die bei der Entwicklung eines Produkts die stabilste und praktikabelste Option darstellen.

Zusätzlich hilft das Üben von Tensidmischungen und Mischtechniken mit einer Vielzahl von Tensiden, die in ihren HLB-Werten variieren, bei der Auswahl von primären, sekundären und manchmal tertiären Tensiden. Wie das Sprichwort im Sport und in der Chemie sagt… Übung macht den Meister!

Kosten der Spieler

Das Erreichen der ersten drei Kriterien für den Aufbau eines Meisterschaftsteams kann mit Kosten verbunden sein. Die Michael Jordans und Tom Bradys dieser Welt sind nicht billig, aber selbst mit den teuersten Spielern braucht ein Meisterschaftsteam Kultivierung, Übung und Anleitung. In ähnlicher Weise wird die Wahl des teuersten Tensids nicht alle Probleme der Stabilität, der Nützlichkeit oder der Anwendbarkeit eines Produkts auf dem Markt lösen.

Als US-amerikanischer Tensidhersteller hat Oxiteno nicht nur eine breite Auswahl an Tensiden zur Verfügung, sondern unser erfahrenes Expertenteam steht Ihnen auch mit Rat und Tat zur Seite, wenn es um Produktkosten, technische Informationen und regulatorische Fragen geht, mit denen Sie konfrontiert werden könnten.

Zögern Sie nicht, uns noch heute online zu kontaktieren, um alle Ihre Anforderungen an die Produktformulierung zu besprechen. Wir sind hier, um Sie auf Ihrem Weg zu Ihrer Meisterschaft zu unterstützen.