Chelant Science
Ein Chelatbildner, manchmal auch als Sequestriermittel oder Builder bezeichnet, ist ein spezialisiertes Molekül, das an positiv geladene Metallionen, am häufigsten Calcium und Magnesium, in Lösung bindet und dadurch verhindert, dass diese Ionen mit anderen Ionen, die vorhanden sein können, unlösliche Niederschläge bilden. Es gibt zwei Grundtypen von Chelatbildnern, die als hart und weich bezeichnet werden:
- Harte Chelatbildner, beispielsweise EDTA (Ethylendiamintetra-Essigsäure) und NTA (Nitrilotriessigsäure), bilden sehr stabile Komplexe mit einem 1:1 stöchiometrie. Das heißt, dass ein EDTA-Molekül mit einem einzelnen Metallion reagiert.
- Weiche Chelatbildner, z. B. Polymere aus Acryl- und Maleinsäure, bilden weniger stabile Komplexe und wirken eher durch Verhinderung des Kristallwachstums als durch echte Chelatbildung.
Sowohl Calcium- als auch Magnesiumionen bilden mit Carbonationen sehr stabile unlösliche Niederschläge. Bicarbonat ist in Oberflächengewässern allgegenwärtig. Es wird durch den hohen pH-Wert der meisten Reinigungsformulierungen zu Carbonat deprotoniert. Unlösliche Niederschläge sind ohne Verwendung eines sauren Reinigers schwer zu entfernen. Diese schwer zu entfernenden Ablagerungen werden als Hartwasserkalk bezeichnet, und daher wird Wasser, das Calcium- und Magnesiumionen enthält, als hartes Wasser bezeichnet. Es gibt zwei gängige Methoden, um mit hartem Wasser umzugehen. Die erste besteht darin, enthärtetes Wasser zu verwenden. Enthärtetes Wasser hat die Calcium- und Magnesiumionen entfernt. Dies wird oft durch die Verwendung eines Wasserenthärters erreicht, der Natriumionen gegen die Calcium- und Magnesiumionen in Lösung austauscht. Die zweite Methode besteht darin, Chelatoren in der Reinigungsproduktformulierung zu verwenden. Die Chelatisierung der Calcium- und Magnesiumionen in Lösung verhindert auch wirksam die Bildung dieser Ablagerungen.Calcium- und Magnesiumionen bilden auch unlösliche Niederschläge mit vielen anionischen Tensiden, insbesondere Fettsäurecarboxylaten (Seife). Die Bildung von Calciumseifenkomplexen ist so effizient, daß die zur Reinigung zur Verfügung stehende Konzentration an freiem Tensid praktisch auf Null reduziert wird, bis das gesamte Calcium entweder durch Chelatbildung oder durch Bildung des unlöslichen Seifenaddukts aus der Lösung entfernt ist. Ohne das in einem Reinigungsmittel enthaltene Chelat wäre mehr Tensid notwendig, um sicherzustellen, dass eine wirksame Konzentration an freiem Tensid für die Reinigung zur Verfügung steht. Mit anderen Worten, der Verbraucher müsste mehr von dem Reinigungsmittel verwenden, um ein gewünschtes Ergebnis zu erzielen. Ferner würde das unlösliche Calciumseifenaddukt aus der Lösung auf der zu reinigenden Oberfläche ausfallen, was zu einem schmuddeligen Aussehen und einem steifen Gefühl auf dem gewaschenen Gewebe führen würde. Daher werden Chelatoren, die für diese Zwecke verwendet werden, manchmal als „Builder“ bezeichnet, da sie dazu beitragen, auf der Leistung des Tensids aufzubauen.
Neben der Enthärtung des Wassers der Reinigungslösung sind Chelatbildner auch wirksam bei der Entfernung einiger Flecken, insbesondere solcher mit einer hohen Calciumkonzentration wie Käseflecken. Färbungen haben eine komplexe und mannigfaltige Molekülstruktur und viele enthalten Metallionen, die die Färbungsstruktur vernetzen und stabilisieren. Chelate, die in der Reinigungslösung enthalten sind, binden an diese verschiedenen Metallionen und helfen, sie vom Fleck zu entfernen, wodurch die Fleckenstruktur geschwächt und ihre Entfernung erleichtert wird.
Über Calcium und Magnesium hinaus binden Chelatbildner an alle mehrwertigen Metallionen in Lösung. Eisen und Mangan, obwohl weniger verbreitet, können auch zu erheblichen Reinigungsproblemen führen, einschließlich der Bildung von unlöslichen Niederschlägen wie Eisenoxid, Rost und Mangandioxid. Daher werden Spezialreiniger oft mit hocheffizienten Eisenchelatoren formuliert, um mit diesen Ionen zu binden, wodurch die Probleme, die sie sonst verursachen könnten, wieder beseitigt werden … oder um bereits gebildete Rost- und Eisenflecken zu beseitigen.
Die folgende Tabelle zeigt viele Beispiele für Chelatbildner, die in formulierten Produkten verwendet werden, und ihre theoretische Fähigkeit, Kalzium aus Wasser zu binden oder zu sequestrieren, um die Reinigungsleistung zu verbessern:
