Hartes Wasser und Chelatbildner: Was GLDA und MGDA wirken tatsächlich auf Calcium und Magnesium

Hartes Wasser sieht nicht dramatisch aus. Es gibt kein sichtbares Versagen, keinen plötzlichen Zusammenbruch. Es macht die Produkte einfach jeden Tag ein bisschen schlechter. Das Reinigungsmittel reinigt weniger, das Glas kommt gefilmt heraus, das Gewebe fühlt sich steif an, der Kesselstein baut sich in der Maschine auf. Niemand gibt dem Wasser die Schuld. Sie geben dem Produkt die Schuld.

Die Chemie dahinter ist einfach, und das gilt auch für die Lösung. Ein Chelatbildner hält Kalzium und Magnesium in Lösung, so dass der Rest der Formulierung seine Aufgabe erfüllen kann. In diesem Artikel wird der Mechanismus in einfachen Worten erklärt und wie sich die biologisch abbaubaren Chelatoren GLDA und MGDA verhalten, wenn das Wasser wirklich hart ist.

Was Wasserhärte ist tatsächlich

Die Wasserhärte ist ein Maß für gelöstes Calcium und Magnesium, ausgedrückt als Calciumcarbonat-Äquivalent. Die üblichen Einheiten sind Teile pro Million (ppm CaCO3) und deutsche Härtegrade (dH), wobei 1 dH etwa 17,8 ppm entspricht.

Als grobe Skala: Unter 60 ppm ist weich, 120-180 ppm ist hart, und alles über 180 ppm gilt als sehr hart. Teile Südenglands liegen bei 200-300 ppm. Ein Großteil Deutschlands liegt zwischen 15 und 25 dH, was hart bis sehr hart ist. Spanien und Südfrankreich sind ähnlich. Die nordischen Länder hingegen sind meist weich, was ein Grund dafür ist, dass Formulierungen, die auf einen europäischen Markt abgestimmt sind, auf einem anderen Markt oft unterdurchschnittlich abschneiden.

Was passiert, wenn Kalzium und Magnesium frei werden

In hartem Wasser treffen anionische Tenside auf Kalziumionen, bevor sie auf den Schmutz treffen. Das Kalzium bildet mit dem Tensid unlösliche Salze, und zwei Dinge geschehen auf einmal: Das Tensid wird verbraucht, bevor es Erde emulgieren kann, und das unlösliche Salz lagert sich auf Gewebe oder Oberflächen ab. Das ist der steife, vergraute Wäscheeffekt und der weiße Film auf Glaswaren.

Kalzium und Magnesium reagieren auch mit Carbonat und Bikarbonat im Wasser und bilden Kesselstein. In einer Spülmaschine oder einem Rohr baut sich dieser Kesselstein Zyklus für Zyklus auf. Und in der Körperpflege verwandelt hartes Wasser Seife in klebrige Kalkseife, weshalb sich die Haut nach dem Waschen an harten Stellen straff anfühlt.

Ein Chelatbildner ändert all dies, indem er die Metallionen aus der Gleichung entfernt, bevor eine dieser Reaktionen beginnen kann.

Wie Chelatbildung funktioniert

Ein Chelatbildner ist ein Molekül mit mehreren Bindungsstellen, die um einen Kern herum angeordnet sind. Wenn es auf ein Metallion trifft, wickeln sich die Bindungsstellen um das Kation und bilden eine Ringstruktur, die das Metall sicher in Lösung hält. Das Metall kann nicht mehr mit Tensiden, Karbonat oder Gewebe reagieren. Es wird effektiv neutralisiert.

Aus dem Mechanismus ergeben sich zwei praktische Punkte. Erstens ist die Chelatbildung stöchiometrisch: Ein Molekül bindet ein Ion, daher muss die Dosis der Härte entsprechen. Zweitens verändert der pH-Wert das Gleichgewicht. Bei niedrigem pH-Wert konkurrieren Wasserstoffionen mit dem Metall um die Bindungsstellen, weshalb Chelatoren unter sauren Bedingungen an Effizienz verlieren. Bei der alkalischen Reinigung sind die Bindungsstellen frei, und die Sequestrierung funktioniert am besten.

[Bild: Calciumion in einer Chelatringstruktur]

GLDA und MGDA in Hartwasserformulierungen

Sowohl GLDA (CAS 51981-21-6) als auch MGDA (CAS 164462-16-2) binden Kalzium und Magnesium effektiv und sind unter OECD 301-Tests leicht biologisch abbaubar. Der Unterschied zeigt sich, wenn das Wasser hart wird und die Temperatur hoch wird.

MGDA bindet Kalzium stärker und behält diesen Vorteil durch den alkalischen Bereich, in dem das Geschirrspülen in der Maschine funktioniert, bei. In einer Spülmaschine, die mit 25 dH Wasser bei 60 C betrieben wird, ist MGDA die zuverlässige Wahl, weshalb es das automatische Spülmittel in Europa dominiert. Es verträgt auch die anhaltende Hitze des Trocknungszyklus ohne Abbau.

GLDA liegt bei Kalzium nicht weit zurück und behält seine Leistung in einem viel breiteren pH-Fenster, etwa 2 bis 14. Das macht es zur besseren Option, wenn ein Produkt in allem eingesetzt werden muss, von sauren Entkalkern bis hin zu alkalischen Bodenreinigern, und seine außergewöhnliche Löslichkeit eignet sich für konzentrierte flüssige Formulierungen.

Bei sehr hartem Wasser lautet die ehrliche Antwort, dass beide funktionieren, und der Unterschied ist eine Frage des Grades. Die Versuchsdaten von Yuanlian Chemical, das seine GLDA- und MGDA-Sorten im Labor auf ihre Kalziumsequestrierungsfähigkeit prüft, zeigen, dass MGDA die Leistung bei Härtegraden beibehält, bei denen GLDA eine etwas höhere Dosis benötigt.

Chelatoren und Bauherren arbeiten zusammen

Chelatoren sind Teil eines Konstruktionssystems, kein Ersatz für das Ganze. Andere Konstrukteure arbeiten nach anderen Mechanismen:

                ● Natriumcarbonat erhöht den pH-Wert und fällt Kalzium aus, aber der Niederschlag kann sich als Kesselstein ablagern.

                Zeolithe tauschen Natrium gegen Kalzium aus, sind aber in kaltem Wasser unlöslich und langsam.

                ● Chelatoren binden das Metall in Lösung, so dass sich überhaupt nichts ablagert.

Die Kombination ist was moderne Formulierungen funktionieren lässt: ein Chelator für die Metalle, ein Builder für den pH-Wert und Silikate oder Polymere für die Oberflächen. Wenn ein Formulierer sagt, er habe "EDTA durch GLDA ersetzt", was er normalerweise das gesamte System um ein biologisch abbaubares Sequestrant herum neu ausbalanciert.

Auch bei der Produktion kommt es auf die Reihenfolge der Zugaben an. Bei einem flüssigen Konzentrat lässt die Zugabe des Chelators vor den Tensiden das Konzentrat vollständig auflösen und vermeidet lokale Ausfällungen, wenn das Konzentrat später verdünnt wird. Einige Formulierer führen auch einen geringen Überschuss an Chelator durch die Lagerung, da das in der Fabrik verwendete Wasser selten rein ist und Metalle aus Rohrleitungen austreten können.

[Bild: Wäsche- und Geschirrspülteststreifen in verschiedenen Wasserhärtestufen]

Dosierung in der Praxis

Es gibt keine universelle Dosis, aber es gibt einen zuverlässigen Ausgangspunkt. Für ein Haushaltswaschmittel ist 1-3 Prozent aktiver Chelator in weichem bis mäßigem Wasser typisch. In harten Regionen erhöhen die Formulierer diesen Wert auf 3-5 Prozent, und industrielle Reinigungskonzentrate können je nach Metallbelastung 5-10 Prozent tragen.

Die richtige Einstellung der Dosis ist ein Härtetest im Treppenhaus: Führen Sie dieselbe Formulierung bei 10, 20 und 30 dH durch, messen Sie die Reinigungsleistung, den Schaum und die Ablagerung und lassen Sie das Wasser entscheiden. Lieferanten wie Yuanlian Chemical bieten Anhaltspunkte für die Dosierung und Vergleichsdaten für ihre GLDA-, MGDA- und IDS-Sorten, was diese Übung erheblich verkürzt.

Es lohnt sich, über eine saisonale Falle Bescheid zu wissen. Die Härte steigt in vielen Regionen im Sommer an, da sich die Quellen an der Oberfläche konzentrieren, so dass eine im Februar abgestimmte Formel im August schlechter abschneiden kann. Die erneute Überprüfung der Dosis zweimal im Jahr statt einmal beim Start ist eine Gewohnheit, die sich selbst bezahlt macht.

Häufig gestellte Fragen

Was ist hartes Wasser?

Hartes Wasser enthält gelöstes Kalzium und Magnesium, gemessen als Kalziumkarbonat-Äquivalent in ppm oder deutschen Graden. Oberhalb von etwa 120 ppm gilt es als hart und über 180 ppm als sehr hart, wobei Regionen des Vereinigten Königreichs, Deutschlands, Spaniens und Frankreichs diese Werte regelmäßig überschreiten.

Wie viel Chelatbildner benötige ich für hartes Wasser?

Beginnen Sie bei Haushaltsreinigungsmitteln mit 1-3 Prozent aktivem Chelator und erhöhen Sie diesen in Regionen mit hartem Wasser auf 3-5 Prozent. Industriekonzentrate benötigen möglicherweise 5-10 Prozent. Ein Härtetreppentest über 10, 20 und 30 dH liefert eine datenbasierte Antwort schneller als Vermutungen.

Funktioniert GLDA oder MGDA in hartem Wasser besser?

MGDA bindet Kalzium bei hohem pH-Wert und hoher Temperatur stärker und ist damit die erste Wahl für maschinelles Geschirrspülen in hartem Wasser. GLDA deckt einen größeren pH-Bereich ab und eignet sich für Mehrzweck- und Flüssigformulierungen. Beide sind leicht biologisch abbaubare Alternativen zu EDTA.