Vortragsprogramm

Wasserlösliche Polymere sind in vielen Branchen weit verbreitet, insbesondere in Abflussprodukten und Waschmitteln. Ihr Verhalten in der Umwelt wird jedoch zunehmend kritisch hinterfragt, unter anderem aufgrund von Verwirrung um die Bezeichnung „Mikroplastik“, Bewertungsmethoden, Bioakkumulationspotenzial, Persistenz und Umweltauswirkungen.

Diese Präsentation zeigt, wie wir die analytischen Werkzeuge verbessert und die gewonnenen Daten und mechanistischen Erkenntnisse genutzt haben, um Formulierern und Regulierungsbehörden eine angemessene Bewertung des Umweltrisikos zu ermöglichen. Sie bietet Anregungen, wie diese Werkzeuge zur Entwicklung eines evidenzbasierten Ansatzes eingesetzt werden können – einschließlich der Identifizierung von Wissenslücken –, um die Umweltauswirkungen genauer zu untersuchen. Ebenso wichtig ist, dass die analytischen Erkenntnisse die Grundlage dafür bilden, welche Toxizitäts- und/oder Sicherheitstests für spezifische chemische Verbindungen geeignet sind. Ein konkretes Fallbeispiel ist Polyvinylalkohol im Vergleich mit Polyethylenglykol, einschließlich Systemen wie Polystyrol und Polyethylen. Der Ansatz ist jedoch auf alle wasserlöslichen Polymere anwendbar.

Frische in der Textilpflege spiegelt die sensorische Wahrnehmung sauberer, angenehm duftender Textilien wider, die durch das Gleichgewicht zwischen verbleibendem unangenehmen Geruch und der Freisetzung von Duftstoffen im Laufe der Zeit bestimmt wird. In der Praxis werden Textilien mit hoher Duftstoffablagerung von den Verbrauchern nicht immer als frisch empfunden, was die Komplexität der Frischewahrnehmung verdeutlicht.

In dieser Studie wurden standardisierte Textilsubstrate mit Formulierungen behandelt, die sich in ihrer Duftzusammensetzung und ihren Geruchskontrolleigenschaften unterschieden. Flüchtige Verbindungen wurden über mehrere Zeitpunkte hinweg mittels Headspace-GC-MS überwacht, während geschulte Sensorik-Panels die Intensität unangenehmer Gerüche, Duftattribute, den hedonischen Ton und die Frischewahrnehmung zu verschiedenen Zeitpunkten bewerteten.

Die Ergebnisse zeigen, dass die wahrgenommene Frische nur teilweise mit der Duftintensität allein korreliert, was die Bedeutung einer wirksamen Geruchsunterdrückung und einer ausgewogenen Duftzusammensetzung unterstreicht. Es wurde eine messbare „Frische-Lücke“ zwischen einer analytisch hohen Duftstoffablagerung und der wahrgenommenen Frische beobachtet, was das Zusammenspiel von Geruchsunterdrückung, zeitlicher Freisetzung flüchtiger Verbindungen und sensorischer Interpretation widerspiegelt. Darüber hinaus variiert die Frischewahrnehmung je nach geografischer Region: Zitrus- und Lavendelnoten dominieren in Europa und Nordamerika, während holzige oder Oud-Noten in den Märkten des Nahen Ostens und Asiens Frische vermitteln, was die kulturelle Prägung der hedonischen Reaktion unterstreicht.

Diese Ergebnisse liefern einen quantitativen Laboransatz, der standardisierte Textilprüfungen, Headspace-Analysen und geschulte Sensorik-Panels kombiniert. Dieser Ansatz ermöglicht eine zuverlässige Quantifizierung der olfaktorischen Reinheitswahrnehmung und dient gleichzeitig als Leitfaden für die Auswahl von Duftstoffen und Strategien zur Geruchskontrolle, um die wahrgenommene Frische von Textilpflegeformulierungen zu verbessern.

Über die wahrgenommene Sauberkeit hinaus wird von Duftstoffen in Textilpflegeprodukten zunehmend erwartet, dass sie zum emotionalen Wohlbefinden beitragen. Die Integration von Messgrößen für emotionale Reaktionen neben analytischen und sensorischen Messungen könnte daher ein ganzheitlicheres Verständnis der Verbrauchererfahrung ermöglichen.

Alkohol­ethoxylate gehören zu den etabliertesten Klassen nichtionischer Tenside und finden in der Waschmittel?, Reinigungs? und Körperpflegeindustrie weit verbreitete Anwendung. Die konventionelle Ethoxylierung erfolgt in der Regel unter Verwendung von Kaliumhydroxid (KOH) als Katalysator. Dieses Verfahren führt zu sogenannten broad-range-Ethoxylaten, die durch eine breite Verteilung der Ethylenoxid-(EO)-Kettenlängen anstelle eines engen oder einheitlichen Ethoxylierungsgrades gekennzeichnet sind.

Der Einfluss dieser Verteilungsbreite auf die Leistungsfähigkeit des Tensids wird seit Langem kontrovers diskutiert. Eine enge EO-Verteilung wird häufig mit gleichbleibender Produktqualität in Verbindung gebracht, während eine breitere Verteilung synergistische Effekte auf verschiedene Leistungsparameter – etwa Löslichkeit, Waschwirkung und Schaumbildung – hervorrufen kann. Der Zusammenhang zwischen EO-Verteilung und Anwendungseigenschaften ist jedoch komplex und stark kontextabhängig.

Um diese Zusammenhänge systematisch zu untersuchen, hat Sasol eine umfassende Studie durchgeführt, in der physikochemische Charakterisierungen mit Anwendungstests verschiedener Alkohol­ethoxylate kombiniert wurden. Diese Produkte wurden gezielt für unterschiedliche Einsatzbereiche wie Textilwäsche, harte Oberflächenreinigung und Duftstoffsolubilisierung ausgewählt. Die Ergebnisse liefern tiefere Einblicke in den Einfluss der EO-Verteilung auf das Tensidverhalten und dienen als Grundlage für eine optimierte Produktauswahl in verschiedenen Formulierungsanwendungen.

Wir stellen einen modellgestützten Prozess vor, mit dem synergistische Wechselwirkungen in Enzym-Tensid-systemen gefunden und quantifiziert werden. Dieser ermöglicht eine gezielte Optimierung der Waschwirkung bei 20 °C. Eine automatische Formulierungs- und Wasch-Apparatur (inklusive Dosierungsroboter und Tergogtometer) liefert hochwertige Messdaten für systematisch variierende Mischungen aus anionischen und nichtionischen Tensiden mit einer Vielzahl von Enzym-Kombinationen (mit Protease, Lipase, Amylase, Mannanase, Cellulase, Phosphodiesterase). Dabei werden breite Konzentrationsbereiche gewählt: 10-50 Gew.-% Tenside, 0-2 Gew.-% Enzyme und 0-8 Gew.-% Chelatbildner. Um deren Interaktionen zuverlässig sichtbar zu machen, werden vielfältigen Anschmutzungen getestet. Durch ein strukturiertes Versuchsdesign (DoE) in Verbindung mit der Response-Surface-Modellierung (RSM) können die Haupteffekte sowie Zwei?Faktor?Interaktionen ermittelt und Response-Surface-Konturen visualisiert werden. Damit lässt sich eine Optimierung mit Blick auf Waschleistung, Waschtemperaturen und Kosten vornehmen. Statistisch signifikante positive Wechselwirkungen werden als Synergien gekennzeichnet und unabhängig überprüft.

Der Ansatz zeigt zuverlässig anschmutzungspezifische Synergien, z.B. Lipase×LAS bei fett-/ölhaltigen Flecken. Insbesondere Amylase und Mannanase behalten ihre Wirksamkeit bei 20 °C bei, was die Optimierung bei niedrigen Waschtemperaturen vereinfacht. Vorhandene Literatur hilft bei der Interpretation und dient als Orientierung zur Verifizierung. So erklärten Tensid-Kompatibilitäts-Trends, warum FAEOS den „Protease-on-Top“-Effekt maximiert und LAS die die Protease-Leistung mindern kann. Unsere Modelle erkennen genau diese Trends. Mechanistisch gesehen wirken Enzyme analog amphiphiler Substanzen – wobei Lipasen die stärkste oberflächenaktive Wirkung aufweisen. Daher enstehen Synergien, wenn Tenside den Zugang zur Grenzfläche erweitern und von Enzymen produzierte Fragmente solubilisieren (Verhinderung von Wiederablagerung). Zudem identifiziert das Modell Bedingungen, unter denen Instabilität oder kompetitive Adsorption diese Vorteile aufheben.

Moderne, hochwertige Flüssigwaschmittel erfordern nicht nur leistungsstarke Einzelenzyme, sondern auch optimierte Enzym Enzym sowie Enzym Chemie Wechselwirkungen. Wir zeigen, wie rational entwickelte Enzymkombinationen in Verbindung mit Formulierungs Know-how synergistische Leistungssteigerungen ermöglichen, die konventionelle Ansätze übersteigen. Durch den Zugang zu einem breiten Portfolio an Waschmittelrohstoffen wird zudem die Formulierungsexpertise und das Innovationspotenzial weiter gestärkt.

Um über rein empirisches Screening hinauszugehen, wurden multiple lineare Regressionsmodelle auf die Enzymleistung in Flüssigwaschmittelformulierungen angewendet. Dies erfolgte mithilfe von Design-of-Experiments Ansätzen, die zentrale chemische Bausteine integrieren. Die statistischen Modelle zeigen, dass sich optimale Formulierungs „Chassis“ grundlegend unterscheiden – je nachdem, ob die Leistung von Proteasen, Amylasen oder die Synergie mehrerer Enzyme im Fokus steht. Häufig bestehen dabei inhärente Zielkonflikte zwischen verschiedenen Enzymen. Dieser Ansatz ermöglicht die Simulation von Formulierungsänderungen, ausgerichtet auf Leistungs- und Kosten KPIs, und unterstützt Formulierer darin, eine für die gewünschten Produkteigenschaften optimierte Zusammensetzung zu entwickeln, etwa für maximale Multi-Enzym Synergie.

Vergleichende Waschstudien wurden an frischen und gealterten Produkten in diesen optimierten, multi-enzymatischen Formulierungen (Protease, Amylase, Mannanase u.?a.) durchgeführt und mit führenden Wettbewerbstechnologien verglichen. Wissenschaftlich entwickelte Enzymkombinationen lieferten dabei konsistent überlegene oder mindestens gleichwertige Leistung auf verbraucherrelevanten Flecken – mit deutlichen Hinweisen auf enzymatische Synergie. Besonders hervorzuheben ist, dass sich Enzymstabilität direkt in der Waschwirkung widerspiegelte: Die getesteten Lösungen behielten nach beschleunigter Lagerung (56 Tage bei 30–37?°C) eine signifikant höhere Wirksamkeit als Wettbewerbssysteme.

Insgesamt unterstreichen diese Ergebnisse, wie die Integration von Enzymkompositionsdesign und Formulierungschemie eine prädiktive, leistungsgetriebene Waschmittelentwicklung ermöglicht.