Tenside: Aufbau, Wirkung und die vier Tensidklassen

Tenside sind oberflächenaktive Substanzen. Sie setzen die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit herab und ebenso die Grenzflächenspannung zwischen zwei Phasen. Dadurch lassen sich Öl und Wasser fein vermengen, und Fett und Schmutz gehen in Lösung, obwohl reines Wasser sie allein kaum erfasst. In der Autopflege stecken sie in Shampoo, Vorwäsche und zahlreichen Reinigern.

Der Begriff geht auf das lateinische Wort tensus für gespannt zurück. Gleichbedeutend stehen oberflächenaktive Substanz und amphiphiler Stoff. Je nach Einsatzzweck sprechen Fachtexte auch von Netzmitteln oder Benetzungsmitteln. Reinigungsmittel mit Tensiden heißen auch Detergenzien.

Aufbau eines Tensidmoleküls

Jedes Tensidmolekül hat zwei Enden mit gegensätzlichen Eigenschaften. Ein wasserliebender, hydrophiler Kopf bindet an Wasser, ein fettliebender, lipophiler Schwanz an Fett und Öl. Weil dieser Schwanz Wasser abweist, heißt er auch hydrophob. Diese Doppelstruktur macht Tenside zum Vermittler zwischen zwei Flüssigkeiten, die sich sonst trennen.

Substanzen, die beide Eigenschaften in einem Molekül vereinen, heißen amphiphil, wörtlich beides liebend. Dahinter steht die Polarität: Wassermoleküle tragen eine positive und eine negative Seite und gelten deshalb als polar. Öle und Fette sind unpolar und finden zwischen polaren Teilchen keinen Platz. Der Kopf eines Tensids ist polar oder geladen, der lipophile Schwanz besteht meist aus einer langen, unpolaren Kohlenwasserstoffkette, häufig einer Alkyl- oder Alkylbenzolgruppe. Über die Ladung des hydrophilen Kopfes, der Kopfgruppe, ordnen sich die einzelnen Tensidklassen, die weiter unten beschrieben sind.

Wie Tenside wirken

Tenside lagern sich an der Grenze zwischen Wasser und Schmutz an. Treffen sie auf einen Fettfilm, drehen sich die Moleküle so, dass der lipophile Schwanz im Fett steckt und der hydrophile Kopf zum Wasser zeigt. Dadurch verbessert sich die Benetzung, und das Wasser erreicht selbst feine Vertiefungen einer Oberfläche.

Mehrere Tensidmoleküle umschließen anschließend einen Fetttropfen und bilden eine Mizelle: eine kleine Kugel mit Fett im Inneren und einer wasserfreundlichen Hülle außen. Diese Mizellen schweben frei im Wasser und lassen sich abspülen. So wirken Tenside als Emulgatoren, die Öl und Wasser ineinander verteilen. Beim Autowaschen hebt dieser Effekt Staub, Insektenreste und Straßenfilm vom Lack, ohne dass du stark reiben musst.

Als Netzmittel bezeichnet man Tenside, deren Aufgabe darin besteht, eine feste Oberfläche benetzbar zu machen. Der Tropfen breitet sich aus, das Wasser fließt gleichmäßig ab, und das Vermischen zweier Flüssigkeiten steht dabei im Hintergrund.

Wärme und Bewegung unterstützen den Vorgang, weil lauwarmes Wasser Fett weicher macht. Auf stark verschmutzten Flächen brauchen die Tenside Einwirkzeit.

Oberflächenspannung, Grenzflächenspannung und die CMC

Reines Wasser hat gegen Luft bei 20 °C eine Oberflächenspannung von 72,8 mN/m. An der Grenzfläche fehlen den Wassermolekülen die Nachbarn auf der Luftseite, sodass die Anziehungskräfte nach innen gerichtet sind und die Oberfläche sich wie eine dünne Haut verhält. Tensidmoleküle sammeln sich dort, richten ihre hydrophoben Schwänze zur Luftseite und schwächen diesen Zusammenhalt. Die Oberflächenspannung sinkt dabei auf einen Bruchteil des Ausgangswerts, und Flüssigkeiten benetzen Oberflächen gleichmäßig, statt abzuperlen.

Zwischen Öl und Wasser liegt die Grenzflächenspannung ohne Zusatz typischerweise bei etwa 50 mN/m. Tenside drücken diesen Wert auf unter 10 mN/m, sodass Öl in feine Tröpfchen zerfällt und als stabile Emulsion im Wasser verteilt bleibt.

Beliebig weit sinkt die Oberflächenspannung nicht. Ist die Oberfläche mit einer einlagigen Tensidschicht bedeckt, lagern sich weitere Moleküle im Inneren der Lösung zu Mizellen zusammen. Die Konzentration, bei der dieser Übergang einsetzt, heißt kritische Mizellbildungskonzentration, abgekürzt CMC. Oberhalb der CMC senkt eine höhere Tensidgabe die Oberflächenspannung nicht weiter, weil das zusätzliche Tensid in die Mizellen wandert.

Die vier Tensidklassen

Tenside werden nach der Ladung ihrer Kopfgruppe in vier Klassen eingeteilt. Jede Klasse hat eigene Stärken, weshalb viele Reinigungsmittel mehrere Arten kombinieren.

Einteilung nach Ursprung

Neben der Ladung dient der Rohstoff als Ordnungskriterium. Die erste Gruppe entsteht aus petrochemischen Vorstufen wie Alkanen, Benzol oder Ethylenoxid.

Die zweite Gruppe stammt aus nachwachsenden Rohstoffen. Aus pflanzlichen Ölen gewinnt die Industrie Fettsäuren und daraus Fettalkohole als Vorstufe weiterer Verbindungen. Dieselben Fettalkohole verbinden sich mit Zuckern zu Zuckertensiden wie den Alkylpolyglycosiden, deren Zuckeranteil aus Hexosen oder Pentosen stammt. Auch diese Verbindungen werden chemisch weiterverarbeitet, weshalb sich der Ursprung mit der Unterscheidung natürlich oder synthetisch nicht deckt.

Schaum und Reinigungsleistung

Viel Schaum wirkt sauber, sagt über die Reinigungsleistung aber wenig aus. Er entsteht vor allem durch anionische Tenside, die für ihre gute Schaumbildung bekannt sind und den Schaum an der Grenzfläche zur Luft stabilisieren. Bei der Vorwäsche haftet dichter Schaum länger am Lack und gibt den Tensiden Zeit zu wirken.

Schaumarme, nichtionische Tenside reinigen ebenso gründlich und lassen sich leichter abspülen, weshalb sie in Mitteln stecken, die schnell und rückstandsfrei arbeiten sollen.

Tenside in der Autopflege

In Pflegeprodukten fürs Auto bestimmen Tenside, wie kräftig ein Mittel reinigt und wie schonend es zu Lack, Kunststoff und Versiegelung bleibt.

Autoshampoo und Vorwäsche

Autoshampoo setzt auf anionische und nichtionische Tenside, die Straßenfilm anlösen und den Lack gleitfähig machen. In der Snow Foam bilden schäumende Tenside einen dichten Schaum, der losen Schmutz schon vor dem Kontakt mit dem Waschhandschuh abträgt.

Reiniger für Felgen, Glas und Innenraum

Ein Felgenreiniger löst Bremsstaub und fettige Rückstände, ein Glasreiniger entfernt Filme ohne Schlieren, und ein Textilreiniger hebt Flecken aus Polstern. Allzweckreiniger und Spezialreiniger arbeiten für hartnäckige Fälle mit höher konzentrierten Tensiden.

Einsatzgebiete außerhalb der Fahrzeugpflege

Wasch- und Spülmittel, Shampoos und Duschgele nutzen dieselbe Wirkung. In Kosmetik und Pharmazie halten Tenside als Emulgatoren Wasser und Öl in Cremes zusammen, die Lebensmitteltechnik nutzt sie als Emulgator und Schaumbildner. Pflanzenschutzmittel enthalten Tenside als Netzmittel für eine gleichmäßige Benetzung. In der Biochemie lösen sie Membranproteine aus der Zellmembran, technische Anwendungen reichen von Kühlschmiermitteln bis zum Papierrecycling.

Tenside und Materialverträglichkeit

Art und Konzentration der Tenside bestimmen mit, wie ein Mittel zu empfindlichen Oberflächen passt. Stark alkalische Reiniger mit hohem Tensidanteil lösen groben Schmutz, können aber eine frische Wachs- oder Versiegelungsschicht angreifen. Für die regelmäßige Wäsche eignen sich pH-neutrale Shampoos.

Kunststoff, Gummi und Aluminium reagieren unterschiedlich auf Reinigungslösungen, und die Herstellerangabe zur Materialverträglichkeit zeigt, welches Produkt passt.

Tenside und Wasserhärte

Hartes Wasser enthält viele Calcium- und Magnesiumionen, was die Wirkung mancher Tenside bremst. Anionische Tenside bilden mit diesen Ionen schwerlösliche Niederschläge, die als Kalkseifen bezeichnet werden und keine waschaktive Wirkung mehr haben. Am deutlichsten zeigt sich das bei den Seifen, während Vertreter mit Sulfat- oder Sulfonatgruppe als hartwasserbeständiger gelten. Nichtionische Tenside werden von der Wasserhärte nicht beeinträchtigt, weshalb Hersteller die Gruppen kombinieren und Waschmitteln zusätzlich einen Enthärter beigeben.

Tenside und Umwelt

Für Tenside in Wasch- und Reinigungsmitteln gilt in der Europäischen Union die Verordnung (EG) Nr. 648/2004 über Detergenzien. Nach Artikel 4 Absatz 1 dürfen sie in Bezug auf die biologische Abbaubarkeit ohne weitere Beschränkungen in Verkehr gebracht werden, wenn sie das Kriterium der vollständigen aeroben Bioabbaubarkeit aus Anhang III erfüllen. Anhang III Teil A fordert dafür, dass Mikroorganismen mindestens 60 Prozent der Verbindung innerhalb von 28 Tagen vollständig umsetzen. Bestehen sie diese Prüfung nicht, wird nach Artikel 4 Absatz 3 die primäre Bioabbaubarkeit nach Anhang II gemessen. Für Tenside in Detergenzien für industrielle oder institutionelle Anwendungen können Hersteller nach Artikel 4 Absatz 2 eine Ausnahmegenehmigung beantragen. Liegt die primäre Bioabbaubarkeit unter den 80 Prozent aus Anhang II, wird sie nach Artikel 4 Absatz 3 nicht erteilt. Der Primärabbau endet mit dem Verlust der Grenzflächenaktivität, vom Endabbau spricht man erst bei vollständiger Umsetzung der Verbindung. Alkylpolyglycoside aus nachwachsenden Rohstoffen gelten als besonders gut abbaubar, aus dem Rohstoff allein folgt der Abbaugrad jedoch nicht.

Auch gut abbaubare Tenside gehören nicht in den Gully am Straßenrand. Eine Waschanlage oder ein Waschplatz mit Abscheider leitet sie in die Kanalisation, wo Mikroorganismen im Klärwerk die Moleküle zerlegen.

Tenside richtig dosieren

Eine Tensidgabe über der CMC verbessert die Reinigung nicht, und der Überschuss hinterlässt Schlieren, die sich nur mit viel Wasser abspülen lassen.

• Dosierung nach Herstellerangabe abmessen statt nach Gefühl.
• Das Mittel vollständig im Wasser auflösen, bevor du es aufträgst.
• Bei Kälte etwas mehr Einwirkzeit einplanen und lauwarmes Wasser nutzen.
• Nach der Reinigung gründlich mit klarem Wasser nachspülen.

Tenside im Überblick

Chemisch sind Tenside amphiphile Verbindungen, die sich an Grenzflächen anlagern und die Spannung dort senken. Die Ladung der Kopfgruppe ordnet sie in vier Klassen, der Rohstoff trennt petrochemische und nachwachsende Quellen, und die CMC begrenzt die Wirkung einer höheren Dosierung.

Häufige Fragen zu Tensiden