خصائص ومميزات اثنين من المواد الفعالة بالسطح الكاتيونية

شحنة المواد الفعالة السطحية الكاتيونية معاكسة لشحنة المواد الفعالة السطحية الأنيونية، ولذلك تُسمى المواد الفعالة السطحية الكاتيونية غالبًا "الصابون العكسي". من حيث تركيبها الكيميائي، تحتوي هذه المواد على مجموعة كارهة للماء طويلة السلسلة على الأقل، ومجموعة محبة للماء موجبة الشحنة. تُشتق المجموعات الكارهة للماء طويلة السلسلة عادةً من الأحماض الدهنية أو مشتقات البترول، لذا تُعد الأمينات الدهنية مواد خام مهمة للمواد الفعالة السطحية الكاتيونية. تتميز هذه المواد بقدرة تنظيف محدودة، ولكن خصائصها المضادة للبكتيريا وقدرتها على الامتزاز على الأسطح الصلبة بارزة للغاية. في مستحضرات التجميل، تُستخدم هذه المواد بشكل عام كمرطبات للشعر، ومبيدات للفطريات، ومضادات للبكتيريا، ومنعمات، ومواد مضافة مضادة للتسوس، وغيرها.

1. ملح الأمين الدهني

الأمينات الدهنية هي في الأساس قواعد عضوية. وهي غير مشحونة في المحاليل المتعادلة، وتفتقر إلى النشاط السطحي الكاتيوني في هذه الحالة، وتصبح محبة للدهون عندما يكون الرقم الهيدروجيني أكبر من 7. أما أملاح الأمينات الثلاثية، التي يتم الحصول عليها عن طريق معادلة الحموضة باستخدام أحماض غير عضوية أو عضوية، فتتمتع بذوبانية كافية وتُعرف تمامًا بأنها مواد فعالة سطحية كاتيونية. وتكون الأملاح العضوية عمومًا أكثر ذوبانًا في الماء من الأملاح غير العضوية، ونادرًا ما تُستخدم في تركيبات المنظفات.

تُعد كاتيونات أملاح الأمونيوم غير الرباعية حساسة للغاية لدرجة الحموضة والأيونات متعددة التكافؤ والإلكتروليتات. أما الأمينات الإيثوكسيلية، الناتجة عن إيثوكسيل الأمينات الدهنية، فهي مواد فعالة سطحية يمكن أن تكون متوافقة مع المواد الفعالة السطحية الكاتيونية بعد ضبط درجة الحموضة، وتتمتع بقدرة تنظيف جيدة. عند معادلة الأمينات الدهنية بحمض الساليسيليك أوαيمكن تعزيز وظيفتها المضادة للفطريات باستخدام حمض الكلوروبنزويك. وتُعد مركبات الأمونيوم الرباعية من بين الأمينات الدهنية أكثر أنواع المواد الخافضة للتوتر السطحي الكاتيونية استخدامًا.

تتمتع أملاح الأمونيوم الرباعية بثبات جيد في الأوساط الحمضية أو القلوية (أقل من 100).°ج). ترتبط ذوبانية أملاح الأمونيوم الرباعية بطول السلسلة الألكيلية؛ فكلما طالت السلسلة، قلت الذوبانية في الماء. أملاح الأمونيوم الرباعية أحادية الألكيل ثلاثية الميثيل (C16-C18) قليلة الذوبان في الماء، وتذوب في المذيبات القطبية، ولا تذوب في المذيبات غير القطبية. أما أملاح الأمونيوم الرباعية ثنائية الألكيل ثنائية الميثيل، فتذوب في المذيبات غير القطبية ولا تذوب في الماء.

تكمن الوظائف المميزة لأملاح الأمونيوم الرباعية في امتصاصها على الأسطح سالبة الشحنة وتأثيراتها المبيدة للجراثيم والمطهرة. ومن المهم للغاية ملاحظة أن مزجها مع المواد الفعالة سطحياً الأنيونية، والأكاسيد، والبيروكسيدات، والسيليكات، ونترات الفضة، وسترات الصوديوم، وطرطرات الصوديوم، والبورق، والكاولين، والبروتينات، وبعض البوليمرات، من المرجح أن يقلل من فعاليتها المبيدة للجراثيم أو يسبب تعكرها.

تعتمد ذوبانية أملاح الأمونيوم الرباعية الألكيلية على المجموعات المحبة للماء؛ فكلما زاد عدد هذه المجموعات، تحسنت الذوبانية في الماء. يبلغ الرقم الهيدروجيني لنسبة 5% من كتلة الإيزوبروبانول أو 10% من كتلة المحلول المائي لهذه الأملاح ما بين 6 و9. تتميز هذه الأملاح بثبات كيميائي جيد، ومقاومة للضوء والحرارة والأحماض والقلويات القوية، بالإضافة إلى نفاذية جيدة، وخصائص مضادة للكهرباء الساكنة، وتأثيرات مبيدة للجراثيم (حيث تكون أملاح C12-C16 هي الأكثر فعالية)، وتثبيط ممتاز للتآكل. أما أملاح الأمونيوم الرباعية ثنائية الميثيل الألكيلية، فتحتوي على مجموعتين ألكيليتين طويلتي السلسلة كمجموعات كارهة للماء، مما يمنحها ليونة جيدة، وخصائص مضادة للكهرباء الساكنة، وقدرة مبيدة للجراثيم، فضلاً عن تأثيرات ترطيب واستحلاب جيدة. وهي أقل تهيجًا من أملاح الأمونيوم الرباعية ثلاثية الميثيل الألكيلية، وتُظهر خصائص كاتيونية في وجود الأحماض الضعيفة، وتُشكل مركبات غير أيونية في الظروف المتعادلة والقلوية.

2. ملح ألكيل إيميدازولين

ألكيل إيميدازولين هو منتج يتكون من تفاعل الأحماض الدهنية مع إيثيلين ديامينات مُستبدلة. يُنتج أميد إيثيل أمين عن طريق التسخين (عادةً عند 220-240 درجة مئوية).درجة مئويةيتم تحويل ) إلى ألكيل إيميدازولين.

ألكيل إيميدازولين هو أمين عضوي أحادي الحلقة من الدرجة الثالثة، وقاعدة متوسطة القوة. وهو عامل سطحي كاتيون نموذجي، يلتصق بقوة بالأسطح سالبة الشحنة، مثل الشعر والجلد والأسنان والزجاج والورق والألياف والمعادن والمواد المحتوية على السيليكون. تميل الأملاح المتكونة مع الأحماض الذائبة في الماء إلى تكوين مواد هلامية عند التركيزات العالية. الأسيتات والنيكوتينات والفوسفات والكبريتات قابلة للذوبان في الماء، بينما أملاح الأحماض الدهنية طويلة السلسلة قابلة للذوبان في الزيت. يتمتع بثبات تخزين جيد في ظروف مقاومة للرطوبة، ولكن قد تترسب البلورات بعد التخزين طويل الأمد أو التخزين في بيئات منخفضة الحرارة، ويمكن أن يعود إلى حالته المتجانسة عند تسخينه وتحريكه. يؤدي التلامس مع الماء أو الرطوبة إلى تحلله تدريجيًا، مما يغير وظائفه. التسخين طويل الأمد، حتى عند ارتفاع درجة الحرارة إلى 165 درجة مئوية، يؤدي إلى تحلله.درجة مئويةلن يؤثر ذلك على ثباته، لكن اللون سيتغير. تجدر الإشارة إلى أن ألكيل إيميدازولين، كونه قاعدة متوسطة القوة، يسبب تهيجًا شديدًا للجلد والعينين، بينما تتميز أملاح ألكيل إيميدازولين بتهيج أقل بكثير.