Nichtionische Tenside

Nichtionische Tenside – Eigenschaften und Merkmale

Nichtionische Tenside gehören zu einer großen Gruppe von oberflächenaktiven Verbindungen, die als Tenside bezeichnet werden. Sie zeichnen sich durch eine einzigartige amphiphile Struktur aus, die alle ihre Eigenschaften und Anwendungsbereiche bestimmt. Nichtionische Tenside umfassen eine große Anzahl synthetischer Chemikalien mit unterschiedlichen Typen und Strukturen. Sie dissoziieren nach dem Auflösen in Wasser nicht und zeichnen sich durch ein breites Spektrum an Eigenschaften aus, das vom Verhältnis zwischen hydrophiler und lipophiler Balance (HLB) abhängt.

Eigenschaften von nichtionischen Tensiden:

• Gute Emulgierfähigkeit,
• Fähigkeit zur Modifizierung der Rheologie,
• Hohe Wasserlöslichkeit,
• Meist biologisch abbaubar,
• Kompatibel mit anderen oberflächenaktiven Verbindungen,
• Hohe chemische Stabilität.

Beispiele für nichtionische Tenside – chemische Klassifizierung

Zu den wichtigsten chemischen Gruppen nichtionischer Tenside gehören:

• Ethoxylierte Fettalkohole

Sie bilden die größte Gruppe nichtionischer Verbindungen mit oberflächenaktiven Eigenschaften. Sie entstehen durch die Ethoxylierung von Fettsäuren mit Ethylenoxid. Die allgemeine Formel dieser Verbindungen lautet R-(OCH₂CH₂)n-OH, wobei R die Alkylkette der Fettsäure und n die Anzahl der Ethylenoxideinheiten bezeichnet. Die Länge der Fettsäurealkylkette und der Ethoxylierungsgrad bestimmen die spezifischen Eigenschaften und Anwendungsbereiche jedes Fettsäurealkohol-Ethoxylats. Ein Beispiel für ein solches Tensid ist z. B. ein Polyalkylenoxid-Derivat eines synthetischen Alkohols (ROKAnol NL8P4).

• Esterderivate

Esterderivate sind eine weit verbreitete Klasse biologisch abbaubarer, nichtionischer Tenside, zu denen Zucker-, Sorbitan- und Glycerinester gehören. Sie werden häufig aus nachwachsenden Rohstoffen wie Pflanzenölen gewonnen. Sie wirken als vielseitige Reinigungsmittel, vor allem in kosmetischen Anwendungen. Die PCC-Gruppe verfügt unter anderem über ROKwinol 60, ein ethoxyliertes Sorbitanmonostearat.

• Amin-Derivate

Ein Teil der chemischen Verbindungen, bei denen es sich um Amin-Derivate handelt, bleibt über einen weiten pH-Bereich elektrisch neutral. Dazu gehören u. a. Fettamine oder Alkanolamide. Dadurch können sie zur Synthese nichtionischer Tenside verwendet werden, meist in Reaktion mit Ethylenoxid. Sie zeichnen sich durch gute Benetzungseigenschaften aus. Sie können als Stabilisatoren und Emulgatoren eingesetzt werden. Ein Beispiel für eine solche Substanz ist das ethoxylierte C16-18-Alkylamin (ROKAmin SR15).

• Blockcopolymere

Blockcopolymere enthalten in ihrer Hauptkette lange Abschnitte, die aus Monomeren einer bestimmten Art aufgebaut sind. Wenn Ethylenoxid und Propylenoxid gemeinsam polymerisieren, entstehen sogenannte EO/PO-Blockcopolymere. Sie weisen sehr gute Oberflächen-, Emulgier- und Lösungsvermittlereigenschaften auf. Bei Copolymeren ist das Verhältnis von EO zu PO im Molekül entscheidend, da es die Wirkung in den Produkten bestimmt. Auch im Angebot der PCC-Gruppe finden sich nichtionische Tenside, die Blockcopolymere sind, z. B. EXOmer L64.

Wie wählt man ein nichtionisches Tensid aus?

Die Auswahl eines nichtionischen Tensids basiert auf chemischem Fachwissen und den Anforderungen des jeweiligen Produkts. Die wichtigsten Kriterien bei der Auswahl sind:

HLB-Wert

Der Hydrophil-Lipophil-Gleichgewichtswert (HLB) ist ein entscheidender Parameter zur Messung der relativen Hydrophilie und Lipophilie nichtionischer Tenside. Tenside mit einem HLB-Wert bis 3 zeichnen sich durch schaumhemmende Eigenschaften aus. Ein HLB-Wert von 7 bis 9 weist auf sehr gute Benetzungseigenschaften hin, während Werte nahe 18 typisch für Waschmittel und Lösungsvermittler sind.

Trübungspunkt

Bezieht sich auf die Temperatur, bei der sich eine Lösung eines nichtionischen Tensids nach Erwärmung von klar zu trüb verändert. Dieser Punkt hängt eng mit der Länge der Polyoxyethylenkette (EO) im Tensidmolekül zusammen. Längere EO-Ketten führen zu höheren Trübungspunkten, da sie die Hydrophilie des Tensidmoleküls erhöhen.

Gefrierpunkt

Bezeichnet die Temperatur, bei der eine Substanz vom flüssigen in den festen Zustand übergeht. Bei nichtionischen Tensiden bestimmt die Erstarrungstemperatur deren Fließfähigkeit und Verarbeitbarkeit bei niedrigen Temperaturen. Im Allgemeinen weisen nichtionische Tenside mit einer geringeren Ethylenoxidzahl (EO) oder einer verzweigten Alkoholstruktur niedrigere Fließpunkte auf, meist unter -10 °C. Dadurch behalten sie bei niedrigen Temperaturen eine gute Fließfähigkeit, was die Verarbeitung bei Kälte erleichtert.

Nichtionische Tenside im Vergleich zu anderen oberflächenaktiven Verbindungen

Die Wirkungsweise von Tensiden ist sehr breit gefächert. Sie unterscheiden sich in ihrer chemischen Struktur und damit in ihren Eigenschaften sowie in ihrem Anwendungsbereich.

Nichtionische Tenside sind oberflächenaktive Stoffe, die in wässrigen Lösungen keine Ionen bilden. Darin unterscheiden sie sich von kationischen, anionischen und amphoteren Tensiden, die positive oder negative Ladungen aufweisen. Sie zeichnen sich durch hohe Stabilität und Beständigkeit gegenüber hartem Wasser aus – sie schäumen nicht stark auf. Sie sind hauptsächlich für Produkte mit milder Wirkung bestimmt und weisen in Formulierungen eine gute Verträglichkeit mit anderen Tensiden auf.

Anionische Tenside hingegen sind relativ kostengünstig in der Herstellung und biologisch abbaubar. Sie zeichnen sich durch eine starke Schaumbildung und gute Reinigungseigenschaften aus. Gleichzeitig können sie reizend wirken, weshalb sie beispielsweise in Kinderkosmetika vermieden werden.

Kationische Tenside spielen in der Industrie eine geringere Rolle, sind aber nach wie vor wertvolle Bestandteile u. a. von Pflegekosmetika oder Waschmitteln. Ihr Hauptvorteil sind ihre desinfizierenden Eigenschaften sowie ihre starke Oberflächenaffinität. Sie sind jedoch hautverträglicher als ihre anionischen Pendants.

Amphotere Tenside finden aufgrund ihrer hohen Produktionskosten hauptsächlich in Spezialprodukten Anwendung. Sie sind sehr hautverträglich und können in Formulierungen mit anderen Tensiden deren reizende Wirkung mildern.

Sicherheitsstandards in der Tensidtechnologie

Die Markteinführung chemischer Stoffe wie nichtionischer Tenside oder deren Verwendung in industriellen und labortechnischen Prozessen erfordert die strikte Einhaltung aller Vorschriften und Regelungen.

Die REACH- und CLP-Verordnungen bilden die Grundlage für die Gewährleistung der Chemikaliensicherheit. Sie regeln Fragen der Registrierung, des Vertriebs und der Kennzeichnung von hergestellten nichtionischen Tensiden. Sie legen genau fest, welche Informationen im Sicherheitsdatenblatt enthalten sein müssen – unter anderem zu Toxizität, Abbau und Expositionsrisiken. Darüber hinaus schreibt die CLP-Verordnung die Verwendung von Piktogrammen vor. Dies ist wichtig, da die Verwendung bestimmter nichtionischer Tenside aufgrund ihrer Wirkung, z. B. auf das Hormonsystem, eingeschränkt ist.

Die Verwendung nichtionischer Tenside in Kosmetika oder Lebensmitteln erfordert zudem eine hohe Reinheit der Produkte – sie dürfen keine Rückstände, z. B. von Ethylenoxid, enthalten. Jeder Inhaltsstoff muss eine Bezeichnung gemäß dem internationalen INCI-System aufweisen, und Tenside, die als Emulgatoren in Lebensmitteln verwendet werden, müssen auf der Liste der zugelassenen Zusatzstoffe stehen.

Wichtige Anwendungsbereiche von nichtionischen Tensiden

Kosmetikprodukte

Nichtionische Tenside finden in der Kosmetikindustrie breite Anwendung bei der Herstellung von Fertigformulierungen. Sie weisen gute Reinigungseigenschaften auf und sind gleichzeitig hautverträglich. Sie sind wichtige Bestandteile bei der Herstellung von Pflege- und Reinigungsprodukten. Meistens fungieren sie als Emulgatoren. Sie helfen beim Mischen von wasserunlöslichen Substanzen wie Ölen und Fetten. Dadurch erhält das Endprodukt eine glatte, homogene Konsistenz. Ausgewählte nichtionische Tenside wirken als Konditionierungsmittel und Emollients in Reinigungs- und Pflegekosmetika.

Parfüms

Solubilisatoren wie nichtionische Tenside können Bestandteile von Parfüms sein. Die Solubilisierung ermöglicht es, wasserunlösliche oder schwer wasserlösliche Substanzen, z. B. Duftkompositionen, Pflanzenextrakte, Vitamine und andere ölige Substanzen, in wässrige und wässrig-alkoholische Lösungen einzubringen. Die solubilisierenden Eigenschaften nichtionischer Tenside werden nicht nur in Parfüms, sondern auch in einigen Kosmetika genutzt.

Bergbau

Diese Gruppe von Oberflächenverbindungen kann Bestandteil von schwer entflammbaren Hydraulikflüssigkeiten vom Typ HFA sein. Sie finden auch in Bearbeitungsflüssigkeiten Verwendung und dienen als Mittel zur Verbesserung der Schmiereigenschaften.

Pflanzenschutzmittel

Die sehr guten Emulgierungseigenschaften nichtionischer Tenside bestimmen ihre Verwendung in Pestizidformulierungen. Sie unterstützen deren Bildung und erhalten die Stabilität des fertigen Produkts. Der Zusatz von nichtionischen Tensiden zu Pflanzenschutzmitteln verbessert deren Anwendungseigenschaften – die Haftung und Benetzbarkeit der Pflanzenoberfläche.

Gerbereiindustrie

Einige nichtionische Tenside werden als Zusatzstoffe in Gerbprozessen verwendet. Sie sorgen für eine weichmachende Wirkung und verbessern die Verarbeitbarkeit und Festigkeit des Rohmaterials. Sie eignen sich hervorragend als Waschmittel. Darüber hinaus weisen sie eine hohe Penetrationsfähigkeit in verschiedene Fasern auf.

Farbherstellung

Nichtionische Tenside werden aufgrund ihrer sehr guten Emulgierungseigenschaften in der Farben- und Lackindustrie eingesetzt. Sie unterstützen die Bildung stabiler Emulsionen und fördern die Dispergierung von Farbstoffen. Einige nichtionische Tenside verlängern die Offenzeit von Farben. Sie beeinflussen auch das Verhalten der Farbe während des Auftragens, erleichtern das Auftragen und verbessern die Verteilbarkeit.

Chemische Industrie

Rohstoffe in Form von nichtionischen Tensiden können als Zwischenprodukt für chemische Synthesen verwendet werden. Aufgrund der alkalischen Eigenschaften ausgewählter Verbindungen werden sie zur Neutralisierung saurer Substanzen und als pH-Regulator eingesetzt. Diese Eigenschaft wird unter anderem bei der Herstellung von Metallbearbeitungsflüssigkeiten, Detergentien, Waschmitteln, Reinigungsmitteln und Autochemikalien genutzt.