In een wasmiddel zitten veel componenten. Bijvoorbeeld metaalionbinders als trifosfaat en zeoliet. Die worden gebruikt om de calcium- en magnesiumionen uit water te binden. Deze ionen verminderen het waseffect door interactie met de oppervlakactieve stoffen (de zepen) en de vlekken. Er zitten ook oppervlakactieve stoffen in, zoals zeep, alkylbenzeensulfonaat of alcoholethoxylaat. Die zijn nodig om vettige vlekken en vuildeeltjes te verwijderen en in oplossing te houden. Hydrolytische enzymen, zoals proteases en lipasen, worden gebruikt om eiwitten en vetten te splitsen en daardoor beter wateroplosbaar te maken.
Oxiderende stoffen (bleekmiddelen) zitten al sinds het begin van de vorige eeuw in wasmiddelen. In eerste instantie natriumperboraat dat gemakkelijk oplost in water en daar waterstofperoxide, H2O2, genereert. Waterstofperoxide bleekt bij hogere temperatuur goed.
Figuur 1. Energie- en waterbesparing in het wasproces
TAED
Een grote stap voorwaarts was enkele tientallen jaren geleden de introductie in wasmiddelen van tetra-acetylethyleendiamine (TAED). Daaruit ontstaat door reactie met H2O2 perazijnzuur. Nadeel is wel dat het grote molecuul TAED niet vier maar slechts twee actieve deeltjes perazijnzuur oplevert. De efficiëntie van dit bleeksysteem was op gewichtsbasis dus allerminst optimaal. Desalniettemin is dankzij TAED het wasproces aanzienlijk efficiënter geworden. Alleen al aan elektriciteit is er een jaarlijkse besparing gerealiseerd ter grootte van het verbruik van de stad Utrecht (zie figuur 1).
Redox-enzymen
Toch bleef men zoeken naar efficiëntere wasmiddelen en betere bleeksystemen. Natuurlijk keek men hoe de natuur oxidatieprocessen katalyseert: met behulp van zogenoemde redox-enzymen, als peroxidases, laccases en mangaanbevattende enzymen (fig. 2).
Enzymen met metaalionen in hun katalytisch centrum stonden model voor het ontwikkelen van nieuwe katalysatoren. Daarbij moesten grote problemen overwonnen worden, in het bijzonder de vorming van onoplosbare mangaanhydroxides bij de hoge pH van wasmiddelen. In het midden van de negentiger jaren bedachten Unilever-onderzoekers een mangaankatalysator met 1,4,7-trimethyl- 1,4,7-triazacyclononaan, als ligand dat in aanwezigheid van waterstofperoxide duidelijke bleekwerking had ten opzichte van bekende vlekken zoals thee en fruit.
Figuur 2. Redox-enzymen bevatten metaal-ionen in hun katalytisch centrum. Het katalytisch centrum van de meeste peroxidasen bevat een heme groep met een ijzer(III) centrum. Door te reageren met H2O2 wordt een FeIV=O (heme+) intermediair gevormd (component I genoemd). Component I oxideert substraat (S, bijv. een vlek op wasgoed), resulterend in component II [FeIV= O (heme)]. Deze component reageert met een ander substraat-molecuul, zodat het oorspronkelijk katalytisch centrum teruggevormd wordt. Deze en vergelijkbare chemie wordt nu gebruikt om gecoördineerde metaalkatalysatoren te ontwikkelen, o.a. voor de vaatwas.
Vlekverwijdering fenomenaal
Het gebruik hiervan is een fraai voorbeeld van de vervanging van een op gewichtsbasis slecht systeem (TAED) door een effectieve katalysator. Oorspronkelijk werd de nieuwe mangaankatalysator – in combinatie met natriumpercarbonaat als H2O2-leverancier – gebruikt in de textielwas. De vlekverwijdering door het product was fenomenaal en in eerste instantie was Omo Power een groot succes.
Figuur 3. Bron: Henk van der Leeden/B en U, Diemen
Na persberichten dat Omo Power schade aan textiel zou veroorzaken heeft Unilever de mangaankatalysator uit zijn textielwasmiddelproducten gehaald. De katalysator wordt nu met veel succes in vaatwasmachines gebruikt. Glas en keramiek kunnen er prima tegen. Voor het wassen van kleding wordt naarstig gezocht naar moleculen die op gewichtsbasis efficiënt zijn en een nog betere vlekverwijdering geven dan TAED.
Zie ook:
Literatuur:
- R. Hage, M. Egmond, The applications of enzymes and biomimetic catalysts in detergent, CatTech 2/1 (1998), pp. 33-41.
- R. Hage, Oxidation catalysis by biomimetic manganese complexes, Receuil des travaux chimiques des Pays-Bas 115 (1996), 385-395
- R. Hage, T. Swarthoff et al., Efficient manganese catalysts for low-temperature bleaching, Nature 369 (1994), pp. 637-639. Hage en Swarthoff
KNAW
Dit artikel is afkomstig uit het boek Chemie achter de dijken, een gezamenlijke uitgave van de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen (KNAW) en de Koninklijke Nederlandse Chemische Vereniging (KNCV). Het werd in 2001 uitgegeven ter herdenking van het feit dat de Nederlander Jacobus Henricus Van ‘t Hoff honderd jaar eerder in 1901 de allereerste Nobelprijs voor de scheikunde won. Chemie achter de dijken belicht Nederlandse uitvindingen en ontdekkingen op chemisch gebied sinds 1901. In zo’n zeventig bijdragen (voor het overgrote deel opgenomen in Kennislink) wordt de betekenis van de Nederlandse chemie duidelijk voor ontwikkelingen op het gebied van de gezondheidszorg (bijvoorbeeld de kunstnier), de voedingsmiddelenindustrie (onder andere zoetstoffen), de kledingindustrie (bijvoorbeeld ademende regenkleding) of de elektronica (zoals herschrijfbare CD’s).