Grüne Chelatbildner
Alles wird grüner und nachhaltiger, hierzu kommen nun auch immer mehr EDTA-Alternativen auf den Markt und die Entwickler können mittlerweile auch grüne Chelatbildner auswählen. Chelatbildner interagieren mit den chemischen Eigenschaften von Metallionen und verändern diese. Das Metallion kann sich nicht mehr an Substrate wie Gewebe, Fliesen, Glas, Metall etc. anhaften und Ablagerungen auf harten Flächen oder Flecken auf Kleidern hinterlassen. Sie machen das Wasser weich und verbessern auf diese Weise die Waschleistung.
Aufgrund dieser Eigenschaften spielen sie in der industriellen und institutionellen (I&I) Reinigung sowie in Reinigungsprodukten für den Haushalt eine wichtige Rolle.
Sie können die Wirksamkeit von Tensiden erhöhen und somit bei der Einsparung von Energie helfen und nachhaltigeres Reinigen ermöglichen. Denn mehr Tenside zur Steigerung der Leistung beim Reinigen können nicht die Lösung für mehr Nachhaltigkeit sein, da sie die Schaumbildung erhöhen und mehr Wasser zum Abspülen erfordern.
Als umweltverträgliche, grüne Chelatbildner bieten sich GLDA und MGDA an
Glutaminsäure N,N-diessigsäure und Methylglycindiessigsäure sind schnell biologisch abbaubar und nicht als gefährliche Stoffe zu kennzeichnen. Sie haben die Fähigkeit Calcium- und Magnesiumionen zu binden, von denen die meisten Flecken auf der Oberfläche gebunden werden. Sie können auch die Wasserhärtebeläge durch Bildung wasserlöslicher Metallchelate ablösen und verhindern die Inaktivierung anionischer Tenside durch die Wasserhärtekationen, wodurch die Reinigungswirkung deutlich erhöht wird.
MGDA und GLDA sind Aminocarboxylate. Ihre guten Eigenschaften basieren auf der Verbindung von Aminosäure- und Carboxylsäure-Gruppen, durch die sie mit Metallionen sehr stabile Chelate bilden können.
Grüne Chelatbildner haben folgende wesentlichen Merkmale:
– hohe Affinität zu Metallionen über weite pH- und Temperatur-Bereiche
– gute Wasserlöslichkeit
– Hydrolyse-Stabilität sowohl in saurem als alkalischem Milieu
– Temperatur-Stabilität
– inertes Verhalten gegenüber den meisten chemischen Substanzen
– geringes toxisches Potenzial
Sie sind biologisch gut abbaubar sind, mineralisieren komplett und verbleiben nicht in der Umwelt.
Grüne Chelatbildner in Reinigungsmitteln
In der Textilreinigung übernehmen Chelatbildner zum einen die Deaktivierung von Schwermetallionen und verhindern so die unerwünschte Ablagerung von Bleichmitteln.
Zum anderen regulieren sie die Wasserhärte. Hartes Wasser behindert das Eindringen von Farben in die Fasern von Textilien, die gefärbt werden sollen.
Chelatbildner können die Wasserhärte vermindern und die Reinigungswirkung des Tensids stärken. Sie können auch zum Entkalken eingesetzt werden. Beim industriellen Reinigen (z.B. cleaning in place = CIP) spielt das insbesondere in Zuckerfabriken, Brauereien oder Molkereibetrieben eine Rolle. Während sich in Zuckerfabriken und Brauereien vor allem Calcium-Oxalat-Ablagerungen bilden, sind es in Molkereibetrieben Calcium-Phosphate.
In Reinigungsmitteln können verschiedene Komplexbildner eingesetzt werden. Im Vergleich schneiden grüne Chelatbildner am besten ab.
Sie sind biologisch abbaubar bis zur kompletten Mineralisierung, stammen größtenteils aus erneuerbaren Rohstoffen, erfüllen die Voraussetzung für das europäische Öko-Label und ihr NTA-Gehalt ist in der flüssigen Form kleiner als 0,1%.
Citrate als grüne Chelatbildner
Citrate können auch als grüne Chelatbildner angesehen werden. Sie wirken am besten bei niedrigem pH-Werten, die allerdings z.B. für die Reinigung von Schmutzwäsche und harten Flächen nicht geeignet sind.
Im Vergleich mit Citrat sind MGDA / GLDA für die Reinigung aufgrund ihrer höheren Leistung und Stabilität bei höheren pH-Werten > 6, die hier meist bevorzugt werden, überlegen.
Im Unterschied zu Phosphonaten sind sie schnell biologisch abbaubar, auch unter anaerobischen Bedingungen.
Ein hoher Wasserhärtegrad ist vor allem bedingt durch Ca2+ und Mg2+.
Zitronensäure wirkt gut bei saurem pH und kann den Kalk entfernen. Bei höherem pH sind MGDA und GLDA wirksamer.
Ist die Lösung von Fett erwünscht, wird unter alkalischen Bedingungen, also bei hohem pH, gereinigt.
Zusammenfassend, lässt sich sagen, dass MGDA und GLDA Citraten in hohem pH-Bereichen überlegen sind.
Zudem können sie Komplexe mit Übergangsmetallen, wie Mn2+ oder CU2+, bilden. Solche Metallionen beeinträchtigen die Fleckenentfernung.
Beim Auflösen von Hartwasserkalk (CaCO3) sind MGDA und GDLA nicht nur Citraten, sondern auch Phosphaten und IDS / Phosphonat-Gemischen überlegen.
Grüne Chelatbildner in Haushaltsprodukten
Se verstärken die Reinigungsleistung durch ihre Fähigkeit zur Komplexbildung mit Metallionen.
Die Menge des Chelatbildners in einem Produkt ist abhängig vom Zweck der Anwendung und der angestrebten Funktion.
Hartes Wasser und Übergangsmetalle hemmen die Wirksamkeit der Fleckenentfernung.
Bei hartem Wasser ist aufgrund der hohen Konzentration an Calcium eine größere Menge Chelatbildner erforderlich, um es weicher zu machen. Übergangsmetalle lassen sich dagegen mit geringen Konzentrationen an Chelatbildnern unter Kontrolle halten.
GLDA reguliert Übergangsmetalle, was an der verbesserten Entfernung von Flecken (z.B. Tee oder Protease-sensitiv) bei flüssigen Reinigungsmitteln deutlich wird, besser als Citrat bzw. ebenso gut wie Phosphonate, ist aber biologisch hergestellt und abbaubar.
Üblicherweise werden in fettentfernenden Reinigungsprodukten für harte Flächen (hard surface cleaning/ HSC) Chelatbildner zusammen mit Tensiden bei hohem pH eingesetzt.
Zum Vergleich von MGDA mit Citrat wurde die Leistung von einem Allzweckreiniger (10% Tensid bzw. 5% des jeweiligen Komplexbildners, pH 10) zur Entfernung von Dieselzugschmutz getestet. MGDA zeigte eine gleichwertige Leistung wie der 10%-Allzweckreiniger und eine bessere Leistung als das Citratprodukt. GLDA war ebenso wirksam wie MGDA.
In Reinigungsmitteln für Geschirrspülautomaten werden Chelatbildner und Polymere als Cobuilder eingesetzt, um Filme und Flecken zu entfernen und eine gute Reinigungsleistung zu erzielen. Beim Vergleich von Produkten für die Geschirrspülmaschine wurden Formulierungen mit 25% Komplexbildner und 5% Polymeren getestet. MGDA (mit Hybrid-Polymer) brachte das beste Ergebnis zur Film- und Fleckentfernung und war Citrat überlegen. Erwartungsgemäß hatte das Polymer einen starken Einfluss.
Chelatbildner im Vergleich
| Chelatbildner | Vorteile | Nachteile | Besonderheiten |
|---|---|---|---|
| MGDA | mittel bis starke Chelat-bildungsleistung, umweltfreundlich, aus erneuerbaren Rohstoffen, ohne NTA | hohe Effizienz, die bereits mit kleinen Mengen erzielt wird | |
| GLDA | mittel bis starke Chelat-bildungsleistung, umweltfreundlich, ohne NTA, schnell biologisch abbaubar, für flüssige Formulierungen | kann in einer Konzentration bis 55% eingesetzt werden | |
| EDTA | starker Chelatbildner, häufig verwendet | langsame biologische Abbaubarkeit, sollte darum ersetzt werden | meist in Reinigungsmitteln |
| DTPA | starkes Chelat (nicht Chelatbildend) | bei niedrigem pH schnelle Ausfällung, Reproduktionstoxizität | als Chelatbildner vor allem in Papier- und Zellstoffindustrie; als Chelat in Agrar-wirtschaft als Mikronährstoff |
| Glucoheptonat | schnell biologisch abbaubar, bindet Eisen bei hohem pH, aus erneuerbarem Rohmaterial | ziemlich teuer | GLDA und MGDA sind aufgrund von Kosten/Leistung-Verhältnis vorzuziehen |
| NTA | Nitrilotriessigsäure ist ein preiswerter, wirksamer Chelatbildner | NTA steht im Verdacht, Krebs zu verursachen, gefährdet Wasserorganismen | GLDA oder MGDA bieten sich als Ersatz an |
| HEDTA | starker Chelatbildner, bei niedrigem pH besser löslich als EDTA, stabilisiert Eisen bei hohem pH besser | in stärker saurem Milieu schnell löslich | herkömmlicherweise zum Reinigen von Boilern und Ölen verwendet, zur Gasreinigung empfohlen |
| EDG | schnell biologisch abbaubar | schwache Chelatbildung, steht im Verdacht. Krebs zu verursachen | |
| Citrat | Nachhaltig | keine starke Chelatbildung, beste Leistung bei saurem und neutralem pH, verliert bei hohem pH die Wirksamkeit, meist zum Abfangen von Calcium und Magnesium verwendet | MGDA wird als nachhaltiger Ersatz für feste, GLDA für flüssige Formulierungen empfohlen |
| STPP | Verwendung von Phosphaten ist für einige Anwendungen aufgrund von Überdüngung verboten | STPP ist ein Phosphonat und sollte möglichst ersetzt werden | kann durch MGDA oder GLDA ersetzt werden |
Fazit
Reinigungsformulierungen und auch Haushaltsreiniger folgen dem Trend zu umweltfreundlicheren und nachhaltigen Lösungen bei gleichzeitig besserer Reinigungsleistung.
Der vermehrte Einsatz von Tensiden zur Steigerung der Reinigungsleistung ist nicht nachhaltig, Chelatbildner können die Reinigung effizienter machen und Kalkablagerung reduzieren. MGDA und GLDA bieten sich als grüne Chelatbildner an. Sie sind in höherem pH-Bereich wirksam. GLDA eignet sich für flüssige Formulierungen, während MGDA für feste Formulierungen, wie Tablets in Geschirrspülautomaten zu empfehlen ist.
Sie sind in unterschiedlichen Konzentrationen erhältlich. Vor allem GLDA in höherer Konzentration bietet sich an, wenn geringerer Wasserverbrauch und weniger Einsatz von Lösungsmitteln angestrebt werden.
Literatur:
SOFW 3/23