Катионните повърхностноактивни вещества са главно азотсъдържащи органични аминови производни. Тъй като азотният атом в молекулите им съдържа несподелена електронна двойка, той може да се свързва с водорода в киселинните молекули чрез водородни връзки, което води до положителен заряд на аминогрупата. Следователно, те проявяват добра повърхностна активност само в киселинна среда; в алкална среда те са склонни да се утаяват и да губят повърхностната си активност. В допълнение към азотсъдържащите катионни повърхностноактивни вещества, има и малка част от катионните повърхностноактивни вещества, съдържащи елементи като сяра, фосфор и арсен.
1. Състояние на развитие
Катионните повърхностноактивни вещества не са широко използвани в промишлеността от дълго време и търсенето им нараства бързо година след година. Тъй като обаче основните им приложения са в специални приложения като фунгициди, омекотители за влакна и антистатични агенти, употребата им е сравнително по-малка в сравнение с анионните и нейонните повърхностноактивни вещества.
Катионните повърхностноактивни вещества обикновено имат добри свойства като емулгиране, омокряне, измиване, стерилизация, омекотяване, антистатичност и антикорозионна защита. Поради специалните си свойства и приложения, те имат добър потенциал за развитие. С разширяването на обхвата на промишлените и гражданските приложения, техните разновидности и търсене ще продължат да се увеличават.
2. Класификация
Повечето катионни повърхностноактивни вещества с търговска стойност са производни на органични азотни съединения, където положителният заряд се носи от азотни атоми. Съществуват и някои нови видове катионни повърхностноактивни вещества, където положителният заряд се носи от атоми, като фосфор, сяра, йод и арсен. Според химичната структура на катионните повърхностноактивни вещества, те могат да бъдат разделени основно на четири категории: тип аминова сол, тип кватернерна амониева сол и тип хетероциклична сол.
Катионните повърхностноактивни вещества от типа на аминовите соли са общ термин за повърхностноактивни вещества от типа на първичните аминови соли, вторичните аминовите соли и третичните аминовите соли. Свойствата им са изключително сходни и много продукти са смеси от първични и вторични амини. Този тип повърхностноактивни вещества са главно соли, образувани от мастни амини и неорганични киселини, и са разтворими само в киселинни разтвори. При алкални условия аминните соли лесно реагират с основи, за да образуват свободни амини, което намалява тяхната разтворимост и по този начин ограничава до известна степен обхвата им на приложение.
Катионните повърхностноактивни вещества от типа на кватернерните амониеви соли са най-важният вид катионни повърхностноактивни вещества, чиито свойства и методи за получаване се различават от тези на тези от типа на аминните соли. Такива повърхностноактивни вещества могат да се разтварят както в киселинни, така и в алкални разтвори, притежават редица отлични свойства и имат добра съвместимост с други видове повърхностноактивни вещества. Следователно, те имат относително широк спектър от приложения.
Hетероцикличен тип
Хетероцикличните пръстени, съдържащи се в молекулите на катионните повърхностноактивни вещества, са главно азотсъдържащи, като например морфолинов пръстен, пиридинов пръстен, имидазолов пръстен, пиперазинов пръстен и хинолинов пръстен.
3. Синтез
Основната реакция за синтезиране на катионни повърхностноактивни вещества е реакцията на N-алкилиране. Сред тях реакцията, при която третични амини реагират с алкилиращи агенти, за да образуват кватернерни амониеви соли, се нарича още реакция на кватернизация.
Алкил кватернерна амониева сол
Алкилните кватернерни амониеви соли са едни от важните разновидности на катионни повърхностноактивни вещества от типа кватернерни амониеви соли и са широко използвани като фунгициди, омекотители за влакна, минерални флотационни агенти, емулгатори и др. Структурната им особеност е, че азотният атом е свързан с четири алкилови групи, т.е. всичките четири водородни атома на амониевия йон са заменени с алкилови групи. Обикновено само една или две от тези алкилови групи са дълговерижни въглеводородни алкилови групи, а останалите алкилови групи имат един или два въглеродни атома. Според техните структурни характеристики, съществуват основно три метода за синтез на алкилни кватернерни амониеви соли: получени чрез реакцията на висши алкилови халиди с нисши третични амини, получени чрез реакцията на висши алкилови амини с нисши алкилови халиди и получени чрез метода формалдехид-мравчена киселина.
Четвъртични амониеви соли, съдържащи хетероатоми
Така наречените кватернерни амониеви соли, съдържащи хетероатоми, тук обикновено се отнасят до кватернерни амониеви соли, които съдържат хетероатоми като O, N и S в своите хидрофобни въглеводородни вериги, т.е. повърхностноактивни вещества, които съдържат амидни връзки, етерни връзки, естерни връзки или тиоетерни връзки в своите липофилни групи. Тъй като хидрофилната кватернерна амониева катионна група и алкилната хидрофобна група са свързани чрез групи като амид, естер, етер или тиоетер, а не директно, някои хора наричат такива кватернерни амониеви соли и индиректно свързани катионни повърхностноактивни вещества.
Четвъртични амониеви соли, съдържащи бензенови пръстени
Този тип повърхностноактивно вещество се използва главно като бактерицид, пенообразуващ агент, омокрящ агент и агент за фиксиране на багрила, наред с други. В процеса на синтез, основният метод за въвеждане на ароматни пръстени е използването на бензилхлорид като алкилиращ реагент за реакция с третични амини. Бензилхлоридът се получава чрез реакция на хлориране на страничната верига на толуен. За да се избегне хлориране на бензеновия пръстен, е необходимо тази реакция да се проведе в емайлиран съд или реактор с кула, облицована със стъкло.
Четвъртични амониеви соли, съдържащи хетероцикли
Хетероцикличните пръстени, съдържащи се в молекулите на кватернерните амониеви соли, са главно морфолинов пръстен, пиперазинов пръстен, пиридинов пръстен, хинолинов пръстен и имидазолов пръстен и др.
Aвид минна сол
Катионните повърхностноактивни вещества от типа на аминовите соли включват главно три основни категории: дълговерижни алкилови първични аминови соли, вторични аминови соли и третични аминови соли.
4. Приложение
Катионните повърхностноактивни вещества имат добри функции като стерилизация, омекотяване,антистатичен, и антикорозионни свойства, както и някои емулгиращи и омокрящи свойства. Те често се използват и като катализатори на фазов трансфер. Този тип повърхностноактивно вещество обаче рядко се използва самостоятелно като детергент. Тъй като повърхността на много субстрати във водни разтвори, особено в алкални водни разтвори, обикновено носи отрицателен заряд. По време на нанасяне, положително зареденото повърхностноактивно вещество ще се разположи върху повърхността на субстрата с хидрофилните групи навътре, а хидрофобните групи навън, което ще направи повърхността на субстрата хидрофобна, което не е благоприятно за измиване и дори може да има отрицателни ефекти. Освен това, основните области на приложение на този тип повърхностноактивни вещества са различни от другите повърхностноактивни вещества, които се използват за намаляване на повърхностното напрежение. Вместо това, те използват своите структурни характеристики за други специални приложения.
Време на публикуване: 19 март 2026 г.