Katioonsed pindaktiivsed ained on peamiselt lämmastikku sisaldavad orgaanilised amiini derivaadid. Kuna nende molekulides olev lämmastikuaatom sisaldab üksikut elektronpaari, saab see happemolekulides vesiniksidemete kaudu ühenduda vesinikuga, põhjustades aminorühma positiivse laengu kandmist. Seetõttu on neil hea pindaktiivsus ainult happelises keskkonnas; aluselises keskkonnas kipuvad nad sadestuma ja kaotama oma pindaktiivsuse. Lisaks lämmastikku sisaldavatele katioonsetele pindaktiivsetele ainetele on väike osa katioonsetest pindaktiivsetest ainetest, mis sisaldavad selliseid elemente nagu väävel, fosfor ja arseen.
1. Arendusstaatus
Katioonseid pindaktiivseid aineid pole tööstuses pikka aega laialdaselt kasutatud ja nõudlus nende järele on aasta-aastalt kiiresti kasvanud. Kuna neid kasutatakse peamiselt spetsiaalsetes valdkondades, nagu fungitsiidid, kiudpehmendajad ja antistaatilised ained, on nende kasutamine anioonsete ja mitteioonsete pindaktiivsete ainetega võrreldes suhteliselt väiksem.
Katioonsetel pindaktiivsetel ainetel on üldiselt head omadused, näiteks emulgeerimine, märgamine, pesemine, steriliseerimine, pehmendamine, antistaatiline ja korrosioonivastane toime. Tänu oma erilistele omadustele ja rakendustele on neil hea arengupotentsiaal. Tööstuslike ja tsiviilrakenduste ulatuse jätkuva laienemisega suurenevad ka nende valikud ja nõudlus.
2. Klassifikatsioon
Enamik kaubandusliku väärtusega katioonseid pindaktiivseid aineid on orgaaniliste lämmastikühendite derivaadid, kus positiivne laeng on lämmastikuaatomite kanda. Samuti on olemas uut tüüpi katioonseid pindaktiivseid aineid, kus positiivne laeng on aatomite, näiteks fosfori, väävli, joodi ja arseeni, kanda. Katioonsete pindaktiivsete ainete keemilise struktuuri järgi saab need jagada peamiselt nelja kategooriasse: amiinsoola tüüpi, kvaternaarse ammooniumsoola tüüpi ja heterotsüklilise tüüpi.
Amiinsoola tüüpi katioonsed pindaktiivsed ained on üldnimetus primaarsete, sekundaarsete ja tertsiaarsete amiinisoolade pindaktiivsetele ainetele. Nende omadused on äärmiselt sarnased ja paljud tooted on primaarsete ja sekundaarsete amiinide segud. Seda tüüpi pindaktiivsed ained on peamiselt rasvamiinide ja anorgaaniliste hapete soolad ning lahustuvad ainult happelistes lahustes. Leeliselistes tingimustes reageerivad amiinisoolad leelistega kergesti, moodustades vabu amiine, mis vähendab nende lahustuvust ja piirab teatud määral nende kasutusala.
Kvaternaarse ammooniumsoola tüüp
Kvaternaarsed ammooniumsoola tüüpi katioonsed pindaktiivsed ained on kõige olulisem katioonsete pindaktiivsete ainete tüüp, mille omadused ja valmistamismeetodid erinevad amiinsoola tüüpi pindadest. Sellised pindaktiivsed ained lahustuvad nii happelistes kui ka aluselistes lahustes, omavad mitmeid suurepäraseid omadusi ja on hästi ühilduvad teist tüüpi pindaktiivsete ainetega. Seetõttu on neil suhteliselt lai kasutusala.
Heterotsükliline tüüp
Katioonsete pindaktiivsete ainete molekulides sisalduvad heterotsüklilised tsüklid on peamiselt lämmastikku sisaldavad, näiteks morfoliinitsükkel, püridiinitsükkel, imidasoolitsükkel, piperasiinitsükkel ja kinoliinitsükkel.
3. Süntees
Katioonsete pindaktiivsete ainete sünteesi peamine reaktsioon on N-alküülimisreaktsioon. Nende hulgas nimetatakse ka reaktsiooni, kus tertsiaarsed amiinid reageerivad alküülivate ainetega, moodustades kvaternaarseid ammooniumsoolasid, kvaterniseerimisreaktsiooniks.
Alküülkvaternaarne ammooniumsool
Alküülkvaternaarsed ammooniumsoolad on üks olulisemaid kvaternaarse ammooniumsoola tüüpi katioonseid pindaktiivseid aineid ning neid on laialdaselt kasutatud fungitsiididena, kiudpehmendajatena, mineraalide flotatsiooniainetena, emulgaatoritena jne. Nende struktuuriline eripära on see, et lämmastikuaatom on seotud nelja alküülrühmaga, st kõik neli ammooniumiooni vesinikuaatomit on asendatud alküülrühmadega. Tavaliselt on ainult üks või kaks neist alküülrühmadest pika ahelaga süsivesinik-alküülrühmad ja ülejäänud alküülrühmadel on üks või kaks süsinikuaatomit. Vastavalt nende struktuurilistele omadustele on alküülkvaternaarsete ammooniumsoolade sünteesimiseks peamiselt kolm meetodit: valmistamine kõrgemate alküülhalogeniidide reageerimisel madalamate tertsiaarsete amiinidega, valmistamine kõrgemate alküülamiinide reageerimisel madalamate alküülhalogeniididega ja valmistamine formaldehüüdi-sipelghappe meetodil.
Heteroaatomeid sisaldavad kvaternaarsed ammooniumsoolad
Niinimetatud heteroaatomeid sisaldavad kvaternaarsed ammooniumsoolad viitavad siin üldiselt kvaternaarsetele ammooniumsooladele, mis sisaldavad oma hüdrofoobsetes süsivesinikahelates heteroaatomeid nagu O, N ja S, st pindaktiivsetele ainetele, mis sisaldavad oma lipofiilsetes rühmades amiid-, eeter-, ester- või tioeetersidemeid. Kuna hüdrofiilne kvaternaarne ammooniumkatioonrühm ja alküülhüdrofoobne rühm on omavahel ühendatud selliste rühmade kaudu nagu amiid, ester, eeter või tioeeter, mitte otseselt seotud, nimetavad mõned inimesed selliseid kvaternaarseid ammooniumsoolasid ka kaudselt seotud katioonseteks pindaktiivseteks aineteks.
Benseenitsüklitega kvaternaarsed ammooniumsoolad
Seda tüüpi pindaktiivset ainet kasutatakse peamiselt bakteritsiidina, vahustusainena, märgava ainena ja värvaine fikseerijana. Sünteesiprotsessis on aromaatsete tsüklite sisseviimise peamine meetod bensüülkloriidi kasutamine alküüliva reagendina reageerimiseks tertsiaarsete amiinidega. Bensüülkloriidi valmistatakse tolueeni külgahela kloorimisreaktsiooni teel. Benseenitsükli kloorimise vältimiseks tuleb see reaktsioon läbi viia emailitud katlas või klaasvooderdatud tornreaktoris.
Heterotsükleid sisaldavad kvaternaarsed ammooniumsoolad
Kvaternaarsete ammooniumsoolade molekulides sisalduvad heterotsüklilised tsüklid on peamiselt morfoliintsükkel, piperasiinitsükkel, püridiinitsükkel, kinoliinitsükkel ja imidasoolitsükkel jne.
Akaevandussoola tüüp
Amiinisoola tüüpi katioonsed pindaktiivsed ained jagunevad peamiselt kolme peamisse kategooriasse: pika ahelaga alküülprimaarsed amiinisoolad, sekundaarsed amiinisoolad ja tertsiaarsed amiinisoolad.
4. Taotlus
Katioonsetel pindaktiivsetel ainetel on head omadused, näiteks steriliseerimine, pehmendamine,antistaatilineja korrosioonivastased omadused, samuti teatud emulgeerivad ja märgavad omadused. Neid kasutatakse sageli ka faasiülekande katalüsaatoritena. Seda tüüpi pindaktiivset ainet kasutatakse aga harva üksi pesuvahendina. Kuna paljude aluspindade pind vesilahustes, eriti aluselistes vesilahustes, kannab tavaliselt negatiivset laengut. Pealekandmise ajal paikneb positiivselt laetud pindaktiivne aine aluspinna pinnal hüdrofiilsete rühmadega sissepoole ja hüdrofoobsete rühmadega väljapoole, muutes aluspinna pinna hüdrofoobseks, mis ei soodusta pesemist ja võib isegi avaldada negatiivset mõju. Lisaks erinevad seda tüüpi pindaktiivsete ainete peamised rakendusvaldkonnad teistest pindaktiivsetest ainetest, mida kasutatakse pindpinevuse vähendamiseks. Selle asemel kasutavad nad oma struktuurilisi omadusi muudeks spetsiaalseteks rakendusteks.
Postituse aeg: 19. märts 2026