Kationiske overfladeaktive stoffer er hovedsageligt nitrogenholdige organiske aminderivater. Da nitrogenatomet i deres molekyler indeholder et enkelt elektronpar, kan det binde sig med hydrogenet i syremolekyler gennem hydrogenbindinger, hvilket får aminogruppen til at bære en positiv ladning. Derfor udviser de kun god overfladeaktivitet i sure medier; i alkaliske medier har de en tendens til at udfælde og miste deres overfladeaktivitet. Ud over nitrogenholdige kationiske overfladeaktive stoffer er der også en lille del af kationiske overfladeaktive stoffer, der indeholder elementer som svovl, fosfor og arsen.
1. Udviklingsstatus
Kationiske overfladeaktive stoffer har ikke været udbredt i industrien i lang tid, og efterspørgslen efter dem er vokset hurtigt år for år. Men fordi deres primære anvendelser er inden for specielle anvendelser såsom fungicider, fiberblødgørere og antistatiske midler, er deres anvendelse relativt mindre sammenlignet med anioniske og ikke-ioniske overfladeaktive stoffer.
Kationiske overfladeaktive stoffer har generelt gode egenskaber såsom emulgering, befugtning, vask, sterilisering, blødgøring, antistatik og korrosionshindrende egenskaber. På grund af deres særlige egenskaber og anvendelser har de et godt udviklingspotentiale. Efterhånden som omfanget af industrielle og civile anvendelser fortsætter med at udvides, vil deres variation og efterspørgsel fortsætte med at stige.
2. Klassificering
De fleste kationiske overfladeaktive stoffer med kommerciel værdi er derivater af organiske nitrogenforbindelser, hvor den positive ladning bæres af nitrogenatomer. Der findes også nogle nye typer kationiske overfladeaktive stoffer, hvor den positive ladning bæres af atomer, såsom fosfor, svovl, jod og arsen. Ifølge den kemiske struktur af kationiske overfladeaktive stoffer kan de hovedsageligt opdeles i fire kategorier: aminsalttypen, kvaternær ammoniumsalttypen og heterocyklisk typen.
Kationiske overfladeaktive stoffer af aminsalttypen er en generel betegnelse for primære aminsalte, sekundære aminsalte og tertiære aminsalte. Deres egenskaber er ekstremt ens, og mange produkter er blandinger af primære aminer og sekundære aminer. Denne type overfladeaktivt stof er hovedsageligt salte dannet af fedtaminer og uorganiske syrer og er kun opløselig i sure opløsninger. Under alkaliske forhold reagerer aminsalte let med alkalier og danner frie aminer, hvilket reducerer deres opløselighed og dermed begrænser deres anvendelsesområde til en vis grad.
Kationiske overfladeaktive stoffer af kvaternære ammoniumsalttyper er den vigtigste type kationiske overfladeaktive stoffer, med egenskaber og fremstillingsmetoder, der adskiller sig fra aminsalttyper. Sådanne overfladeaktive stoffer kan opløses i både sure og alkaliske opløsninger, besidder en række fremragende egenskaber og har god kompatibilitet med andre typer overfladeaktive stoffer. Derfor har de et relativt bredt anvendelsesområde.
Heterocyklisk type
De heterocykliske ringe indeholdt i kationiske overfladeaktive molekyler er hovedsageligt nitrogenholdige ringe, såsom morpholinring, pyridinring, imidazolring, piperazinring og quinolinring.
3. Syntese
Hovedreaktionen til syntese af kationiske overfladeaktive stoffer er N-alkyleringsreaktionen. Blandt disse kaldes den reaktion, hvor tertiære aminer reagerer med alkyleringsmidler for at danne kvaternære ammoniumsalte, også kvaterniseringsreaktion.
Alkyl kvaternært ammoniumsalt
Alkyl-kvaternære ammoniumsalte er en af de vigtige varianter af kationiske overfladeaktive stoffer af kvaternært ammoniumsalt og har været meget anvendt som fungicider, fiberblødgørere, mineralflotationsmidler, emulgatorer osv. Deres strukturelle træk er, at nitrogenatomet er forbundet med fire alkylgrupper, dvs. alle fire hydrogenatomer i ammoniumionen er erstattet af alkylgrupper. Normalt er kun en eller to af disse alkylgrupper langkædede carbonhydridalkylgrupper, og de resterende alkylgrupper har et eller to carbonatomer. I henhold til deres strukturelle egenskaber er der hovedsageligt tre syntesemetoder for alkyl-kvaternære ammoniumsalte: fremstillet ved reaktion af højere alkylhalogenider med lavere tertiære aminer, fremstillet ved reaktion af højere alkylaminer med lavere alkylhalogenider og fremstillet ved formaldehyd-myresyremetoden.
Kvartære ammoniumsalte indeholdende heteroatomer
De såkaldte kvaternære ammoniumsalte, der indeholder heteroatomer, refererer her generelt til kvaternære ammoniumsalte, der indeholder heteroatomer såsom O, N og S i deres hydrofobe kulbrintekæder, dvs. overfladeaktive stoffer, der indeholder amidbindinger, etherbindinger, esterbindinger eller thioetherbindinger i deres lipofile grupper. Da den hydrofile kvaternære ammoniumkationgruppe og den hydrofobe alkylgruppe er forbundet via grupper såsom amid, ester, ether eller thioether i stedet for at være direkte forbundet, refererer nogle mennesker også til sådanne kvaternære ammoniumsalte som indirekte forbundne kationiske overfladeaktive stoffer.
Kvartære ammoniumsalte indeholdende benzenringe
Denne type overfladeaktivt stof anvendes hovedsageligt som baktericid, skummiddel, befugtningsmiddel og farvestoffikseringsmiddel, blandt andet. I synteseprocessen er den primære metode til at introducere aromatiske ringe at bruge benzylchlorid som et alkyleringsreagens til at reagere med tertiære aminer. Benzylchlorid fremstilles ved sidekædekloreringsreaktion af toluen. For at undgå klorering på benzenringen skal denne reaktion udføres i en emaljeret kedel eller en glasforet tårnreaktor.
Kvartære ammoniumsalte indeholdende heterocykler
De heterocykliske ringe indeholdt i kvaternære ammoniumsaltmolekyler er hovedsageligt morpholinring, piperazinring, pyridinring, quinolinring og imidazolring osv.
Amine salt type
Kationiske overfladeaktive stoffer af aminsalttypen omfatter primært tre hovedkategorier: langkædede alkyl-primære aminsalte, sekundære aminsalte og tertiære aminsalte.
4. Anvendelse
Kationiske overfladeaktive stoffer har gode funktioner såsom sterilisering, blødgøring,antistatisk, og antikorrosionsegenskaber, samt visse emulgerende og befugtende egenskaber. De bruges også ofte som faseoverføringskatalysatorer. Denne type overfladeaktivt stof bruges dog sjældent alene som detergent. Fordi overfladen af mange substrater i vandige opløsninger, især i alkaliske vandige opløsninger, normalt bærer en negativ ladning. Under påføring vil det positivt ladede overfladeaktive stof placere sig på substratoverfladen med de hydrofile grupper indad og de hydrofobe grupper udad, hvilket gør substratoverfladen hydrofob, hvilket ikke er befordrende for vask og endda kan have negative virkninger. Derudover er de primære anvendelsesområder for denne type overfladeaktivt stof forskellige fra andre overfladeaktive stoffer, der bruges til at reducere overfladespænding. I stedet udnytter de deres strukturelle egenskaber til andre specielle anvendelser.
Opslagstidspunkt: 19. marts 2026