Katjonski surfaktanti su uglavnom derivati organskih amina koji sadrže dušik. Budući da atom dušika u njihovim molekulama sadrži usamljeni par elektrona, on se može kombinirati s vodikom u kiselim molekulama putem vodikovih veza, uzrokujući da amino grupa nosi pozitivno naboje. Stoga pokazuju dobru površinsku aktivnost samo u kiselim medijima; u alkalnim medijima imaju tendenciju taloženja i gubitka površinske aktivnosti. Pored kationskih surfaktanata koji sadrže dušik, postoji i mali dio kationskih surfaktanata koji sadrže elemente poput sumpora, fosfora i arsena.
1. Status razvoja
Katjonski surfaktanti se dugo nisu široko koristili u industriji, a njihova potražnja je iz godine u godinu brzo rasla. Međutim, budući da su njihove glavne primjene u posebnim oblastima kao što su fungicidi, omekšivači vlakana i antistatička sredstva, njihova upotreba je relativno manja u poređenju sa anionskim i nejonskim surfaktantima.
Katjonski surfaktanti uglavnom imaju dobra svojstva kao što su emulgiranje, kvašenje, pranje, sterilizacija, omekšavanje, antistatika i antikorozivna svojstva. Zbog svojih posebnih svojstava i primjena, imaju dobar razvojni potencijal. Kako se obim industrijske i civilne primjene nastavlja širiti, njihova raznolikost i potražnja će nastaviti rasti.
2. Klasifikacija
Većina kationskih surfaktanata s komercijalnom vrijednošću su derivati organskih dušikovih spojeva, gdje pozitivno naelektrisanje nose atomi dušika. Postoje i neke nove vrste kationskih surfaktanata gdje pozitivno naelektrisanje nose atomi poput fosfora, sumpora, joda i arsena. Prema kemijskoj strukturi kationskih surfaktanata, oni se uglavnom mogu podijeliti u četiri kategorije: tip aminske soli, tip kvaternarne amonijeve soli i tip heterocikličkog tipa.
Katjonski surfaktanti tipa aminske soli su opći naziv za surfaktante primarne aminske soli, sekundarne aminske soli i tercijarne aminske soli. Njihova svojstva su izuzetno slična, a mnogi proizvodi su smjese primarnih i sekundarnih amina. Ova vrsta surfaktanata su uglavnom soli formirane od masnih amina i neorganskih kiselina i rastvorljiva je samo u kiselim rastvorima. U alkalnim uslovima, aminske soli lako reaguju sa alkalijama formirajući slobodne amine, što smanjuje njihovu rastvorljivost, čime se do određene mjere ograničava njihov opseg primjene.
Tip kvaternarne amonijeve soli
Katjonski surfaktanti tipa kvaternarne amonijeve soli su najvažniji tip kationskih surfaktanata, sa svojstvima i metodama pripreme koje se razlikuju od svojstava i metoda pripreme amino soli. Takvi surfaktanti se mogu rastvarati i u kiselim i u alkalnim rastvorima, posjeduju niz odličnih svojstava i dobru kompatibilnost sa drugim vrstama surfaktanata. Stoga imaju relativno širok spektar primjene.
Heterociklički tip
Heterociklički prstenovi sadržani u molekulama kationskih surfaktanata uglavnom sadrže dušik, kao što su morfolinski prsten, piridinski prsten, imidazolski prsten, piperazinski prsten i kinolinski prsten.
3. Sinteza
Glavna reakcija za sintezu kationskih surfaktanata je reakcija N-alkilacije. Među njima, reakcija u kojoj tercijarni amini reaguju sa alkilujućim agensima formirajući kvaternarne amonijeve soli naziva se i reakcija kvaternizacije.
Alkil kvaternarna amonijeva sol
Alkil kvaternarne amonijeve soli su jedna od važnih vrsta kationskih surfaktanata tipa kvaternarne amonijeve soli i široko se koriste kao fungicidi, omekšivači vlakana, sredstva za flotaciju minerala, emulgatori itd. Njihova strukturna karakteristika je da je atom dušika povezan s četiri alkilne grupe, odnosno sva četiri atoma vodika amonijevog iona su zamijenjena alkilnim grupama. Obično su samo jedna ili dvije od ovih alkilnih grupa dugolančane ugljikovodične alkilne grupe, a preostale alkilne grupe imaju jedan ili dva atoma ugljika. Prema njihovim strukturnim karakteristikama, postoje uglavnom tri metode sinteze alkil kvaternarnih amonijevih soli: pripremljene reakcijom viših alkil halida s nižim tercijarnim aminima, pripremljene reakcijom viših alkil amina s nižim alkil halidima i pripremljene metodom formaldehid-mravlja kiselina.
Kvarterne amonijeve soli koje sadrže heteroatome
Takozvane kvaternarne amonijeve soli koje sadrže heteroatome ovdje se uglavnom odnose na kvaternarne amonijeve soli koje sadrže heteroatome poput O, N i S u svojim hidrofobnim ugljikovodičnim lancima, odnosno surfaktante koji sadrže amidne veze, eterske veze, esterske veze ili tioeterske veze u svojim lipofilnim grupama. Budući da su hidrofilna kvaternarna amonijeva kationska grupa i alkil hidrofobna grupa povezane preko grupa kao što su amid, ester, eter ili tioeter, a ne direktno, neki ljudi takve kvaternarne amonijeve soli nazivaju i indirektno povezanim kationskim surfaktantima.
Kvarterne amonijeve soli koje sadrže benzenske prstenove
Ova vrsta surfaktanta se uglavnom koristi kao baktericid, sredstvo za stvaranje pjene, sredstvo za vlaženje i sredstvo za fiksiranje boje, između ostalog. U procesu sinteze, glavna metoda za uvođenje aromatičnih prstenova je upotreba benzil hlorida kao alkilirajućeg reagensa za reakciju s tercijarnim aminima. Benzil hlorid se priprema reakcijom hloriranja bočnog lanca toluena. Da bi se izbjeglo hloriranje benzenskog prstena, ova reakcija se mora provesti u emajliranom kotlu ili reaktoru sa staklenom oblogom.
Kvaterne amonijeve soli koje sadrže heterocikle
Heterociklični prstenovi sadržani u molekulama kvaternarnih amonijevih soli su uglavnom morfolinski prsten, piperazinski prsten, piridinski prsten, kinolinski prsten i imidazolski prsten, itd.
Avrsta rudničke soli
Katjonski surfaktanti tipa aminskih soli uglavnom uključuju tri glavne kategorije: dugolančane alkilne primarne aminske soli, sekundarne aminske soli i tercijarne aminske soli.
4. Primjena
Katjonski surfaktanti imaju dobre funkcije kao što su sterilizacija, omekšavanje,antistatik, i antikorozivna svojstva, kao i određena emulgirajuća i vlaživa svojstva. Također se često koriste kao katalizatori faznog prijenosa. Međutim, ova vrsta surfaktanta se rijetko koristi sama kao deterdžent. Budući da površina mnogih supstrata u vodenim otopinama, posebno u alkalnim vodenim otopinama, obično nosi negativno naelektriranje. Tokom nanošenja, pozitivno naelektrizirani surfaktant će se rasporediti na površini supstrata s hidrofilnim grupama prema unutra i hidrofobnim grupama prema van, čineći površinu supstrata hidrofobnom, što nije pogodno za pranje i može čak imati negativne učinke. Osim toga, glavna područja primjene ove vrste surfaktanata razlikuju se od drugih surfaktanata, koji se koriste za smanjenje površinske napetosti. Umjesto toga, oni koriste svoje strukturne karakteristike za druge posebne primjene.
Vrijeme objave: 19. mart 2026.