Bleichmittel reagieren in der Regel neben den vorgesehenen Farbpigmenten auch mit vielen anderen organischen Substanzen, so dass sie natürliche Materialien wie Fasern, Stoffe und Leder sowie absichtlich aufgebrachte Farbstoffe wie das Indigo von Denim schwächen oder beschädigen können. Aus dem gleichen Grund kann das Verschlucken der Produkte, das Einatmen der Dämpfe oder der Kontakt mit Haut oder Augen zu gesundheitlichen Schäden führen.

Wirkmechanismus

Aufhellung

Die Farben natürlicher organischer Materialien entstehen typischerweise aus organischen Pigmenten, wie z. B. Beta-Carotin. Chemische Bleichmittel wirken auf eine von zwei Arten:

  • Ein oxidierendes Bleichmittel wirkt, indem es die chemischen Bindungen bricht, aus denen das Chromophor besteht. Dadurch wird das Molekül in eine andere Substanz umgewandelt, die entweder kein Chromophor enthält oder ein Chromophor enthält, das kein sichtbares Licht absorbiert. Dies ist der Mechanismus von Bleichmitteln auf Chlorbasis, aber auch von Sauerstoff-Anionen, die durch einen ersten nukleophilen Angriff reagieren.
  • Ein reduzierendes Bleichmittel wirkt durch die Umwandlung von Doppelbindungen im Chromophor in Einfachbindungen. Dadurch wird die Fähigkeit des Chromophors, sichtbares Licht zu absorbieren, aufgehoben. Dies ist der Mechanismus von Bleichmitteln auf der Basis von Schwefeldioxid.

Sonnenlicht wirkt als Bleichmittel durch einen Prozess, der zu ähnlichen Ergebnissen führt: Hochenergetische Photonen des Lichts, oft im violetten oder ultravioletten Bereich, können die Bindungen im Chromophor aufbrechen, wodurch die resultierende Substanz farblos wird. Eine längere Belichtung führt oft zu einer massiven Verfärbung, wobei die Farben in der Regel auf Weiß und typischerweise sehr verblasstes Blau reduziert werden.

Antimikrobiell

Die Breitspektrum-Wirksamkeit der meisten Bleichmittel beruht auf ihrer allgemeinen chemischen Reaktivität gegenüber organischen Verbindungen und nicht auf der selektiven hemmenden oder toxischen Wirkung von Antibiotika. Sie denaturieren oder zerstören irreversibel viele Proteine, was sie zu äußerst vielseitigen Desinfektionsmitteln macht.

Es wurde auch festgestellt, dass Hypochlorit-Bleichmittel in niedriger Konzentration Bakterien angreifen, indem sie mit Hitzeschockproteinen an ihren Wänden interferieren. Laut dem Bericht "Home Hygiene and Health" aus dem Jahr 2013 erhöht die Verwendung von Bleichmitteln, egal ob auf Chlor- oder Peroxidbasis, die keimtötende Wirkung von Wäsche selbst bei niedrigen Temperaturen (30-40 Grad Celsius) erheblich, wodurch es möglich ist, Viren, Bakterien und Pilze aus einer Vielzahl von Kleidungsstücken im häuslichen Umfeld zu entfernen.

Klassifizierung

Die meisten Industrie- und Haushaltsbleichmittel gehören zu drei großen Klassen:

  • Bleichmittel auf Chlorbasis, deren aktiver Wirkstoff Chlor ist, meist aus der Zersetzung einer Chlorverbindung wie Hypochlorit oder Chloramin.
  • Bleichmittel auf Peroxidbasis, deren aktiver Wirkstoff Sauerstoff ist, der fast immer aus der Zersetzung einer Peroxidverbindung wie Wasserstoffperoxid stammt.
  • Bleichmittel auf Schwefeldioxidbasis, deren aktiver Wirkstoff Schwefeldioxid ist, möglicherweise aus der Zersetzung eines Oxoschwefelanions.

Bleichmittel auf Chlorbasis

Bleichmittel auf Chlorbasis sind in vielen "Bleich"-Produkten für den Haushalt sowie in speziellen Produkten für Krankenhäuser, das öffentliche Gesundheitswesen, die Wasserchlorierung und industrielle Prozesse enthalten.

Die Qualität von Bleichmitteln auf Chlorbasis wird oft in Prozent Aktivchlor angegeben. Ein Gramm eines Bleichmittels mit 100 % Aktivchlor hat die gleiche Bleichkraft wie ein Gramm elementares Chlor.

Die gängigsten Bleichmittel auf Chlorbasis sind:

  • Natriumhypochlorit, in der Regel als 3-6%ige Lösung in Wasser, üblicherweise "flüssige Bleiche" oder einfach "Bleiche" genannt. Historisch gesehen "Javelwasser" genannt. Es wird in vielen Haushalten verwendet, um Wäsche zu bleichen, harte Oberflächen in Küchen und Badezimmern zu desinfizieren, Wasser zum Trinken aufzubereiten und Schwimmbäder frei von Infektionserregern zu halten.
  • Bleichpulver (früher bekannt als "Chlorkalk"), in der Regel eine Mischung aus Calciumhypochlorit, Calciumhydroxid (gelöschter Kalk, und Calciumchlorid Es wird als weißes Pulver oder in Tablettenform verkauft und wird in vielen der gleichen Anwendungen wie Natriumhypochlorit eingesetzt, ist jedoch stabiler und enthält mehr verfügbares Chlor.
  • Chlorgas. Es wird als Desinfektionsmittel in der Wasseraufbereitung verwendet, insbesondere zur Herstellung von Trinkwasser und in großen öffentlichen Schwimmbädern. Es wurde in großem Umfang zum Bleichen von Holzzellstoff verwendet, aber diese Verwendung ist aufgrund von Umweltbedenken stark zurückgegangen.
  • Chlordioxid. Dieses instabile Gas wird an Ort und Stelle erzeugt oder als verdünnte wässrige Lösung gelagert. Es wird in großem Umfang zum Bleichen von Zellstoff, Fetten und Ölen, Zellulose, Mehl, Textilien, Bienenwachs, Haut und in einer Reihe anderer Industrien eingesetzt.

Andere Beispiele für Bleichmittel auf Chlorbasis, die meist als Desinfektionsmittel verwendet werden, sind Monochloramin, Halazon und Natriumdichlorisocyanurat.

Bleichmittel auf Peroxidbasis

Bleichmittel auf Peroxidbasis sind durch die chemische Gruppe des Peroxids gekennzeichnet, nämlich zwei Sauerstoffatome, die durch eine Einfachbindung (-O-O-) verbunden sind. Diese Bindung ist leicht zu brechen, wodurch sehr reaktive Sauerstoffspezies entstehen, die die Wirkstoffe des Bleichmittels sind.

Die Hauptprodukte dieser Klasse sind:

  • Wasserstoffperoxid. Es wird z. B. zum Bleichen von Holzschliff und Haaren oder zur Herstellung anderer Bleichmittel wie den Perboraten, Percarbonaten, Persäuren usw. verwendet.
  • Natriumpercarbonat, ein Addukt aus Wasserstoffperoxid und Natriumcarbonat ("Sodaasche" oder "Waschsoda"). In Wasser gelöst, ergibt es eine Lösung der beiden Produkte, die die entfettende Wirkung des Carbonats mit der bleichenden Wirkung des Peroxids kombiniert.
  • Natriumperborat. Gelöst in Wasser bildet es etwas Wasserstoffperoxid, aber auch das Perborat-Anion, das eine nukleophile Oxidation durchführen kann.
  • Peressigsäure (Peroxoessigsäure). Wird in situ von einigen Waschmitteln erzeugt und auch zur industriellen und landwirtschaftlichen Desinfektion und Wasseraufbereitung vermarktet.
  • Benzoylperoxid. Es wird in topischen Medikamenten gegen Akne und zum Bleichen von Mehl verwendet.
  • Ozon. Obwohl es eigentlich kein Peroxid ist, ist sein Wirkmechanismus ähnlich. Es wird bei der Herstellung von Papierprodukten, insbesondere von Zeitungspapier und weißem Kraftpapier, verwendet.
  • Kaliumpersulfat und andere Persulfat-Salze. Es ist neben Ammonium- und Natriumpersulfat in Produkten zur Haaraufhellung verbreitet.
  • Permanganat-Salze wie Kaliumpermanganat.

In der Lebensmittelindustrie werden andere oxidierende Produkte wie Bromate als Mehlbleich- und Reifungsmittel verwendet.

Reduzierende Bleichmittel

Natriumdithionit (auch bekannt als Natriumhydrosulfit) ist eines der wichtigsten reduzierenden Bleichmittel. Es ist ein weißes, kristallines Pulver mit schwach schwefeligem Geruch. Es kann durch Reaktion von Natriumbisulfit mit Zink gewonnen werden.

Als solches wird es in einigen industriellen Färbeprozessen zur Beseitigung von überschüssigem Farbstoff, Restoxiden und unbeabsichtigten Pigmenten sowie zum Bleichen von Holzschliff verwendet.

Die Reaktion von Natriumdithionit mit Formaldehyd ergibt Rongalit, das zum Bleichen von Holzschliff, Baumwolle, Wolle, Leder und Ton verwendet wird.

Photographische Bleiche

Bei der Umkehrentwicklung wird das Restsilber in der Emulsion nach der Erstentwicklung mit einem chemischen Bleichmittel, meist EDTA, zu einem löslichen Silbersalz reduziert. Ein konventioneller Fixierer löst dann das reduzierte Silber auf, lässt aber das unbelichtete Silberhalogenid intakt. Dieses unbelichtete Halogenid wird dann belichtet oder chemisch behandelt, so dass eine zweite Entwicklung ein positives Bild erzeugt. Bei Farb- und chromogenem Film wird dabei auch ein Farbbild im Verhältnis zum Silber erzeugt.

Fotografische Bleichmittel werden auch in der Schwarz-Weiß-Fotografie verwendet, um selektiv Silber zu reduzieren, um die Silberdichte in Negativen oder Abzügen zu verringern. In solchen Fällen ist die Bleichmittelzusammensetzung typischerweise eine saure Lösung von Kaliumdichromat.

Umwelt

Ein von der Europäischen Union im Rahmen der Verordnung EWG 793/93 durchgeführter Risikobewertungsbericht (RAR) über Natriumhypochlorit kam zu dem Schluss, dass diese Substanz bei all ihren derzeitigen, normalen Verwendungen für die Umwelt unbedenklich ist. Dies ist auf ihre hohe Reaktivität und Instabilität zurückzuführen. Das Verschwinden von Hypochlorit erfolgt in der natürlichen aquatischen Umwelt praktisch sofort und erreicht in kurzer Zeit eine Konzentration von 10-22 μg/L oder weniger in allen Emissionsszenarien. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass flüchtige Chlorspezies zwar in einigen Innenraumszenarien relevant sein können, aber unter offenen Umweltbedingungen eine vernachlässigbare Wirkung haben. Weiterhin wird die Rolle der Hypochloritverschmutzung in Böden als vernachlässigbar angenommen.

Industrielle Bleichmittel können ebenfalls eine Quelle der Besorgnis sein. Zum Beispiel entstehen bei der Verwendung von elementarem Chlor beim Bleichen von Zellstoff Organochlorine und persistente organische Schadstoffe, einschließlich Dioxine. Nach Angaben einer Industriegruppe hat die Verwendung von Chlordioxid in diesen Prozessen die Dioxinbildung auf unter nachweisbare Werte reduziert. Das Risiko für die Atemwege durch Chlor und hochgiftige chlorierte Nebenprodukte besteht jedoch weiterhin.

Eine kürzlich durchgeführte europäische Studie zeigte, dass Natriumhypochlorit und organische Chemikalien (z. B. Tenside, Duftstoffe), die in verschiedenen Haushaltsreinigungsprodukten enthalten sind, reagieren können, um chlorierte flüchtige organische Verbindungen (VOCs) zu erzeugen. Diese chlorierten Verbindungen werden bei Reinigungsanwendungen emittiert, von denen einige giftig und wahrscheinlich krebserregend für den Menschen sind. Die Studie zeigte, dass die Konzentrationen in der Innenraumluft während der Verwendung von bleichmittelhaltigen Produkten signifikant ansteigen (um das 8-52-fache für Chloroform bzw. um das 1-1170-fache für Tetrachlorkohlenstoff, jeweils im Vergleich zu den Ausgangsmengen im Haushalt). Der Anstieg der Konzentrationen an chlorierten flüchtigen organischen Verbindungen war bei reinen Bleichmitteln am geringsten und bei den Produkten in Form von "dicker Flüssigkeit und Gel" am höchsten. Die signifikanten Anstiege, die bei den Innenraumluftkonzentrationen mehrerer chlorierter VOCs (insbesondere Tetrachlorkohlenstoff und Chloroform) beobachtet wurden, deuten darauf hin, dass die Verwendung von Bleichmitteln eine Quelle sein könnte, die in Bezug auf die Inhalationsexposition gegenüber diesen Verbindungen von Bedeutung sein könnte. Die Autoren schlugen zwar vor, dass die Verwendung dieser Reinigungsmittel das Krebsrisiko signifikant erhöhen könnte, aber diese Schlussfolgerung scheint hypothetisch zu sein:

  • Der höchste Wert, der für eine Konzentration von Tetrachlorkohlenstoff (der anscheinend am besorgniserregendsten ist) genannt wird, beträgt 459 Mikrogramm pro Kubikmeter, was 0,073 ppm (part per million) oder 73 ppb (part per billion) entspricht. Die von der OSHA zugelassene zeitlich gewichtete Durchschnittskonzentration über einen Zeitraum von acht Stunden liegt bei 10 ppm, also fast 140 Mal höher;
  • Die höchste zulässige OSHA-Spitzenkonzentration (fünfminütige Exposition über einen Zeitraum von vier Stunden) liegt bei 200 ppm, doppelt so hoch wie der gemeldete höchste Spitzenwert (aus dem Kopfraum einer Flasche mit einer Probe von Bleichmittel plus Reinigungsmittel).

Geschichte

Die früheste Form des Bleichens beinhaltete das Ausbreiten von Stoffen und Tüchern auf einem Bleichfeld, um durch die Einwirkung von Sonne und Wasser gebleicht zu werden. Im 17. Jahrhundert gab es in Westeuropa eine bedeutende Stoffbleichindustrie, die abwechselnd alkalische Bäder (in der Regel Lauge) und Säurebäder (wie Milchsäure aus Sauermilch und später verdünnte Schwefelsäure) verwendete. Der gesamte Prozess dauerte bis zu sechs Monate.

Bleichmittel auf Chlorbasis, die diesen Prozess von Monaten auf Stunden verkürzten, wurden im späten 18. Jahrhundert in Europa erfunden. Jahrhunderts in Europa erfunden. 1774 entdeckte der schwedische Chemiker Carl Wilhelm Scheele das Chlor, und 1785 erkannte der französische Wissenschaftler Claude Berthollet, dass es zum Bleichen von Stoffen verwendet werden konnte. Berthollet entdeckte auch Natriumhypochlorit, das zum ersten kommerziellen Bleichmittel wurde und nach dem Pariser Stadtteil, in dem es hergestellt wurde, Eau de Javel ("Javelwasser") genannt wurde. Der schottische Chemiker und Industrielle Charles Tennant schlug 1798 eine Lösung aus Kalziumhypochlorit als Alternative zum Javelwasser vor und patentierte 1799 Bleichpulver (festes Kalziumhypochlorit). Um 1820 entdeckte der französische Chemiker Antoine Germain Labarraque die desinfizierende und desodorierende Wirkung von Hypochloriten und trug maßgeblich zu ihrer Verbreitung bei. Seine Arbeit verbesserte die medizinische Praxis, die öffentliche Gesundheit und die hygienischen Bedingungen in Krankenhäusern, Schlachthöfen und allen Industrien, die mit tierischen Produkten arbeiten, erheblich.

Louis Jacques Thénard stellte 1818 erstmals Wasserstoffperoxid her, indem er Bariumperoxid mit Salpetersäure reagierte. Wasserstoffperoxid wurde erstmals 1882 zum Bleichen verwendet, erlangte aber erst nach 1930 kommerzielle Bedeutung. Natriumperborat als Wäschebleichmittel wurde in Europa seit dem frühen zwanzigsten Jahrhundert verwendet, wurde aber in Nordamerika erst in den 1980er Jahren populär.

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