Els tensioactius catiònics són principalment derivats d'amina orgànica que contenen nitrogen. Com que l'àtom de nitrogen de les seves molècules conté un parell solitari d'electrons, es pot combinar amb l'hidrogen de les molècules d'àcid a través d'enllaços d'hidrogen, fent que el grup amino porti una càrrega positiva. Per tant, només presenten una bona activitat superficial en medis àcids; en medis alcalins, tendeixen a precipitar i perdre la seva activitat superficial. A més dels tensioactius catiònics que contenen nitrogen, també hi ha una petita porció de tensioactius catiònics que contenen elements com el sofre, el fòsfor i l'arsènic.
1. Estat de desenvolupament
Els tensioactius catiònics no s'han utilitzat àmpliament a la indústria durant molt de temps, i la seva demanda ha anat creixent ràpidament any rere any. Tanmateix, com que les seves principals aplicacions són en usos especials com ara fungicides, suavitzants de fibres i agents antiestàtics, el seu ús és relativament menor en comparació amb els tensioactius aniònics i no iònics.
Els tensioactius catiònics generalment tenen bones propietats com ara emulsionant, humectant, rentant, esterilitzant, suavitzant, antiestàtic i anticorrosió. A causa de les seves propietats i aplicacions especials, tenen un bon potencial de desenvolupament. A mesura que l'abast de les aplicacions industrials i civils continua expandint-se, les seves varietats i demanda continuaran augmentant.
2. Classificació
La majoria dels tensioactius catiònics amb valor comercial són derivats de compostos orgànics de nitrogen, on la càrrega positiva la porten àtoms de nitrogen. També hi ha alguns tipus nous de tensioactius catiònics on la càrrega positiva la porten àtoms com el fòsfor, el sofre, el iode i l'arsènic. Segons l'estructura química dels tensioactius catiònics, es poden dividir principalment en quatre categories: tipus de sal d'amina, tipus de sal d'amoni quaternari i tipus heterocíclic.
Els tensioactius catiònics de tipus sal d'amina són un terme general per als tensioactius de sals d'amina primària, sals d'amina secundària i sals d'amina terciària. Les seves propietats són extremadament similars i molts productes són mescles d'amines primàries i amines secundàries. Aquest tipus de tensioactiu són principalment sals formades per amines grasses i àcids inorgànics, i només són solubles en solucions àcides. En condicions alcalines, les sals d'amina reaccionen fàcilment amb els àlcalis per formar amines lliures, cosa que redueix la seva solubilitat i limita el seu àmbit d'aplicació fins a cert punt.
Tipus de sal d'amoni quaternari
Els tensioactius catiònics de tipus sal d'amoni quaternari són el tipus més important de tensioactius catiònics, amb propietats i mètodes de preparació diferents dels de tipus sal d'amina. Aquests tensioactius es poden dissoldre tant en solucions àcides com alcalines, posseeixen una sèrie d'excel·lents propietats i tenen una bona compatibilitat amb altres tipus de tensioactius. Per tant, tenen una gamma d'aplicacions relativament àmplia.
Htipus eterocíclic
Els anells heterocíclics continguts en les molècules tensioactives catiòniques són principalment els que contenen nitrogen, com ara l'anell de morfolina, l'anell de piridina, l'anell d'imidazol, l'anell de piperazina i l'anell de quinolina.
3. Síntesi
La principal reacció per sintetitzar tensioactius catiònics és la reacció de N-alquilació. Entre elles, la reacció en què les amines terciàries reaccionen amb agents alquilants per formar sals d'amoni quaternari també s'anomena reacció de quaternització.
Sal d'alquilamoni quaternari
Les sals d'alquilamoni quaternari són una de les varietats importants de tensioactius catiònics de tipus sal d'amoni quaternari, i s'han utilitzat àmpliament com a fungicides, suavitzants de fibres, agents de flotació mineral, emulsionants, etc. La seva característica estructural és que l'àtom de nitrogen està connectat amb quatre grups alquil, és a dir, els quatre àtoms d'hidrogen de l'ió amoni són substituïts per grups alquil. Normalment, només un o dos d'aquests grups alquil són grups alquil d'hidrocarburs de cadena llarga, i els grups alquil restants tenen un o dos àtoms de carboni. Segons les seves característiques estructurals, hi ha principalment tres mètodes de síntesi per a les sals d'alquilamoni quaternari: preparades per la reacció d'halurs d'alquil superiors amb amines terciàries inferiors, preparades per la reacció d'alquilamines superiors amb halurs d'alquil inferiors i preparades pel mètode de formaldehid-àcid fòrmic.
Sals d'amoni quaternari que contenen heteroàtoms
Les anomenades sals d'amoni quaternari que contenen heteroàtoms aquí generalment es refereixen a sals d'amoni quaternari que contenen heteroàtoms com ara O, N i S a les seves cadenes d'hidrocarburs hidrofòbiques, és a dir, tensioactius que contenen enllaços amida, enllaços èter, enllaços èster o enllaços tioèter en els seus grups lipòfils. Com que el grup catiònic d'amoni quaternari hidròfil i el grup alquil hidròfob estan connectats a través de grups com ara amida, èster, èter o tioèter en lloc d'estar directament enllaçats, algunes persones també es refereixen a aquestes sals d'amoni quaternari com a tensioactius catiònics indirectament enllaçats.
Sals d'amoni quaternari que contenen anells de benzè
Aquest tipus de tensioactiu s'utilitza principalment com a bactericida, agent escumant, agent humectant i agent fixador de colorants, entre d'altres. En el procés de síntesi, el mètode principal per introduir anells aromàtics és utilitzar clorur de benzil com a reactiu alquilant per reaccionar amb amines terciàries. El clorur de benzil es prepara mitjançant la reacció de cloració de la cadena lateral del toluè. Per evitar la cloració de l'anell benzènic, cal dur a terme aquesta reacció en una caldera d'esmalt o en un reactor de torre amb revestiment de vidre.
Sals d'amoni quaternari que contenen heterocicles
Els anells heterocíclics continguts en les molècules de sal d'amoni quaternari són principalment anell de morfolina, anell de piperazina, anell de piridina, anell de quinolina i anell d'imidazol, etc.
Atipus de sal de mina
Els tensioactius catiònics de tipus sal d'amina inclouen principalment tres categories principals: sals d'amina primària d'alquil de cadena llarga, sals d'amina secundària i sals d'amina terciària.
4. Aplicació
Els tensioactius catiònics tenen bones funcions com l'esterilització, el suavització,antiestàtic, i propietats anticorrosives, així com certes propietats emulsionants i humectants. També s'utilitzen sovint com a catalitzadors de transferència de fase. Tanmateix, aquest tipus de tensioactiu rarament s'utilitza sol com a detergent. Perquè la superfície de molts substrats en solucions aquoses, especialment en solucions aquoses alcalines, sol portar una càrrega negativa. Durant l'aplicació, el tensioactiu carregat positivament es disposarà a la superfície del substrat amb els grups hidròfils cap a dins i els grups hidròfobs cap a fora, fent que la superfície del substrat sigui hidròfoba, cosa que no és propícia per al rentat i fins i tot pot tenir efectes negatius. A més, els principals camps d'aplicació d'aquest tipus de tensioactiu són diferents dels d'altres tensioactius, que s'utilitzen per reduir la tensió superficial. En canvi, utilitzen les seves característiques estructurals per a altres aplicacions especials.
Data de publicació: 19 de març de 2026