Kationtové povrchově aktivní látky jsou převážně deriváty organických aminů obsahující dusík. Protože atom dusíku v jejich molekulách obsahuje volný elektronový pár, může se s vodíkem v kyselých molekulách spojit prostřednictvím vodíkových vazeb, což způsobuje, že aminoskupina nese kladný náboj. Proto vykazují dobrou povrchovou aktivitu pouze v kyselém prostředí; v alkalickém prostředí mají tendenci se srážet a ztrácet svou povrchovou aktivitu. Kromě kationtových povrchově aktivních látek obsahujících dusík existuje také malá část kationtových povrchově aktivních látek obsahujících prvky, jako je síra, fosfor a arsen.
1. Stav vývoje
Kationtové povrchově aktivní látky se v průmyslu dlouhodobě široce nepoužívají a jejich poptávka rok od roku rychle roste. Vzhledem k tomu, že se však používají hlavně ve speciálních aplikacích, jako jsou fungicidy, změkčovadla vláken a antistatické látky, je jejich použití ve srovnání s aniontovými a neiontovými povrchově aktivními látkami relativně menší.
Kationtové povrchově aktivní látky mají obecně dobré vlastnosti, jako je emulgační, smáčecí, prací, sterilizační, změkčovací, antistatické a antikorozní. Díky svým speciálním vlastnostem a použití mají dobrý rozvojový potenciál. S rozšiřováním rozsahu průmyslových a civilních aplikací se bude jejich rozmanitost a poptávka dále zvyšovat.
2. Klasifikace
Většina kationtových povrchově aktivních látek s komerční hodnotou jsou deriváty organických sloučenin dusíku, kde kladný náboj nesou atomy dusíku. Existují také některé nové typy kationtových povrchově aktivních látek, kde kladný náboj nesou atomy, jako je fosfor, síra, jod a arsen. Podle chemické struktury kationtových povrchově aktivních látek je lze rozdělit do čtyř kategorií: aminové soli, kvartérní amoniové soli a heterocyklické.
Kationtové povrchově aktivní látky typu aminových solí jsou obecným termínem pro povrchově aktivní látky typu primárních aminové soli, sekundárních aminové soli a terciárních aminové soli. Jejich vlastnosti jsou si velmi podobné a mnoho produktů je směsí primárních a sekundárních aminů. Tento typ povrchově aktivní látky je tvořen převážně solemi mastných aminů a anorganických kyselin a je rozpustný pouze v kyselých roztocích. Za alkalických podmínek aminové soli snadno reagují s alkáliemi za vzniku volných aminů, což snižuje jejich rozpustnost, a tím do určité míry omezuje jejich rozsah použití.
Kationtové povrchově aktivní látky typu kvartérní amoniové soli jsou nejdůležitějším typem kationtových povrchově aktivních látek, jejichž vlastnosti a metody přípravy se liší od vlastností a metod přípravy povrchově aktivních látek typu aminových solí. Tyto povrchově aktivní látky se mohou rozpouštět v kyselých i alkalických roztocích, mají řadu vynikajících vlastností a jsou dobře kompatibilní s jinými typy povrchově aktivních látek. Proto mají relativně široké spektrum použití.
Heterocyklický typ
Heterocyklické kruhy obsažené v molekulách kationtových povrchově aktivních látek jsou převážně dusíkaté, jako je morfolinový kruh, pyridinový kruh, imidazolový kruh, piperazinový kruh a chinolinový kruh.
3. Syntéza
Hlavní reakcí pro syntézu kationtových povrchově aktivních látek je N-alkylační reakce. Mezi nimi se také nazývá kvarternizační reakce, při které terciární aminy reagují s alkylačními činidly za vzniku kvartérních amoniových solí.
Alkylová kvartérní amoniová sůl
Alkylové kvartérní amoniové soli jsou jednou z důležitých odrůd kationtových povrchově aktivních látek typu kvartérních amoniových solí a široce se používají jako fungicidy, změkčovadla vláken, minerální flotační činidla, emulgátory atd. Jejich strukturní charakteristikou je, že atom dusíku je spojen se čtyřmi alkylovými skupinami, tj. všechny čtyři atomy vodíku amonného iontu jsou nahrazeny alkylovými skupinami. Obvykle pouze jedna nebo dvě z těchto alkylových skupin jsou uhlovodíkové alkylové skupiny s dlouhým řetězcem a zbývající alkylové skupiny mají jeden nebo dva atomy uhlíku. Podle jejich strukturních charakteristik existují hlavně tři metody syntézy alkylových kvartérních amoniových solí: příprava reakcí vyšších alkylhalogenidů s nižšími terciárními aminy, příprava reakcí vyšších alkylaminů s nižšími alkylhalogenidy a příprava metodou formaldehyd-kyselina mravenčí.
Kvartérní amoniové soli obsahující heteroatomy
Takzvané kvartérní amoniové soli obsahující heteroatomy se zde obecně vztahují na kvartérní amoniové soli, které obsahují heteroatomy, jako je O, N a S ve svých hydrofobních uhlovodíkových řetězcích, tj. povrchově aktivní látky, které obsahují amidové vazby, etherové vazby, esterové vazby nebo thioetherové vazby ve svých lipofilních skupinách. Vzhledem k tomu, že hydrofilní kvartérní amoniová kationtová skupina a alkylová hydrofobní skupina jsou spojeny prostřednictvím skupin, jako je amid, ester, ether nebo thioether, spíše než přímo, někteří lidé označují tyto kvartérní amoniové soli také jako nepřímo vázané kationtové povrchově aktivní látky.
Kvartérní amoniové soli obsahující benzenové kruhy
Tento typ povrchově aktivní látky se používá mimo jiné hlavně jako baktericid, pěnidlo, smáčedlo a fixátor barviv. V syntetickém procesu je hlavní metodou pro zavedení aromatických kruhů použití benzylchloridu jako alkylačního činidla pro reakci s terciárními aminy. Benzylchlorid se připravuje chlorační reakcí postranního řetězce toluenu. Aby se zabránilo chloraci benzenového kruhu, je nutné tuto reakci provádět ve smaltované kotli nebo ve věžovém reaktoru se skleněnou výstelkou.
Kvartérní amoniové soli obsahující heterocykly
Heterocyklické kruhy obsažené v molekulách kvartérních amoniových solí jsou hlavně morfolinový kruh, piperazinový kruh, pyridinový kruh, chinolinový kruh a imidazolový kruh atd.
Atyp důlní soli
Kationtové povrchově aktivní látky typu aminových solí zahrnují hlavně tři hlavní kategorie: soli primárních aminů s dlouhým řetězcem, soli sekundárních aminů a soli terciárních aminů.
4. Aplikace
Kationtové povrchově aktivní látky mají dobré funkce, jako je sterilizace, změkčování,antistatický, a antikorozní vlastnosti, stejně jako určité emulgační a smáčecí vlastnosti. Často se také používají jako katalyzátory fázového přenosu. Tento typ povrchově aktivní látky se však zřídka používá samostatně jako detergent. Protože povrch mnoha substrátů ve vodných roztocích, zejména v alkalických vodných roztocích, obvykle nese záporný náboj. Během aplikace se kladně nabitá povrchově aktivní látka uspořádá na povrchu substrátu hydrofilními skupinami dovnitř a hydrofobními skupinami ven, čímž se povrch substrátu stane hydrofobním, což nevede k mytí a může mít i negativní účinky. Hlavní oblasti použití tohoto typu povrchově aktivní látky se navíc liší od jiných povrchově aktivních látek, které se používají ke snížení povrchového napětí. Místo toho využívají své strukturní vlastnosti pro jiné speciální aplikace.
Čas zveřejnění: 19. března 2026