سورفکتانتهای کاتیونی عمدتاً مشتقات آمین آلی حاوی نیتروژن هستند. از آنجایی که اتم نیتروژن در مولکولهای آنها حاوی یک جفت الکترون تنها است، میتواند از طریق پیوندهای هیدروژنی با هیدروژن موجود در مولکولهای اسید ترکیب شود و باعث شود گروه آمین بار مثبت داشته باشد. بنابراین، آنها فقط در محیطهای اسیدی فعالیت سطحی خوبی از خود نشان میدهند. در محیطهای قلیایی، تمایل به رسوب و از دست دادن فعالیت سطحی خود دارند. علاوه بر سورفکتانتهای کاتیونی حاوی نیتروژن، بخش کوچکی از سورفکتانتهای کاتیونی حاوی عناصری مانند گوگرد، فسفر و آرسنیک نیز وجود دارد.
۱. وضعیت توسعه
سورفکتانتهای کاتیونی مدت زیادی است که به طور گسترده در صنعت مورد استفاده قرار نمیگیرند و تقاضای آنها سال به سال به سرعت در حال افزایش است. با این حال، از آنجا که کاربردهای اصلی آنها در مصارف خاص مانند قارچکشها، نرمکنندههای الیاف و عوامل ضد الکتریسیته ساکن است، استفاده از آنها در مقایسه با سورفکتانتهای آنیونی و غیر یونی نسبتاً کمتر است.
سورفکتانتهای کاتیونی عموماً خواص خوبی مانند امولسیونسازی، مرطوبکنندگی، شستشو، استریلیزاسیون، نرمکنندگی، آنتیاستاتیک و ضد خوردگی دارند. به دلیل خواص و کاربردهای خاص خود، پتانسیل توسعه خوبی دارند. با گسترش دامنه کاربردهای صنعتی و عمرانی، انواع و تقاضای آنها همچنان افزایش خواهد یافت.
۲. طبقهبندی
بیشتر سورفکتانتهای کاتیونی با ارزش تجاری، مشتقات ترکیبات آلی نیتروژن هستند که در آنها بار مثبت توسط اتمهای نیتروژن حمل میشود. همچنین انواع جدیدی از سورفکتانتهای کاتیونی وجود دارند که در آنها بار مثبت توسط اتمهایی مانند فسفر، گوگرد، ید و آرسنیک حمل میشود. بر اساس ساختار شیمیایی سورفکتانتهای کاتیونی، آنها را میتوان عمدتاً به چهار دسته تقسیم کرد: نوع نمک آمین، نوع نمک آمونیوم چهارتایی و نوع هتروسیکلیک.
سورفکتانتهای کاتیونی از نوع نمک آمین، یک اصطلاح کلی برای سورفکتانتهای نمک آمین نوع اول، نمک آمین نوع دوم و نمک آمین نوع سوم هستند. خواص آنها بسیار مشابه است و بسیاری از محصولات مخلوطی از آمینهای نوع اول و دوم هستند. این نوع سورفکتانت عمدتاً نمکهایی هستند که توسط آمینهای چرب و اسیدهای معدنی تشکیل میشوند و فقط در محلولهای اسیدی محلول هستند. در شرایط قلیایی، نمکهای آمین به راحتی با قلیاها واکنش میدهند و آمینهای آزاد تشکیل میدهند که حلالیت آنها را کاهش میدهد و بنابراین دامنه کاربرد آنها را تا حدی محدود میکند.
سورفکتانتهای کاتیونی از نوع نمک آمونیوم کواترنری، مهمترین نوع سورفکتانتهای کاتیونی هستند که خواص و روشهای تهیه آنها با سورفکتانتهای نوع نمک آمین متفاوت است. چنین سورفکتانتهایی میتوانند در محلولهای اسیدی و قلیایی حل شوند، دارای مجموعهای از خواص عالی هستند و سازگاری خوبی با سایر انواع سورفکتانتها دارند. بنابراین، طیف نسبتاً وسیعی از کاربردها را دارند.
Hنوع اتروسیکلی
حلقههای هتروسیکلیک موجود در مولکولهای سورفکتانت کاتیونی عمدتاً حاوی نیتروژن هستند، مانند حلقه مورفولین، حلقه پیریدین، حلقه ایمیدازول، حلقه پیپرازین و حلقه کینولین.
۳. سنتز
واکنش اصلی برای سنتز سورفکتانتهای کاتیونی، واکنش N-آلکیلاسیون است. در میان آنها، واکنشی که در آن آمینهای نوع سوم با عوامل آلکیلهکننده واکنش میدهند تا نمکهای آمونیوم نوع چهارم را تشکیل دهند، واکنش کواترنیزاسیون نیز نامیده میشود.
نمک آمونیوم کواترنری آلکیل
نمکهای آمونیوم کواترنری آلکیل یکی از انواع مهم سورفکتانتهای کاتیونی از نوع نمک آمونیوم کواترنری هستند و به طور گسترده به عنوان قارچکش، نرمکننده الیاف، عوامل شناورسازی معدنی، امولسیفایرها و غیره مورد استفاده قرار گرفتهاند. ویژگی ساختاری آنها این است که اتم نیتروژن با چهار گروه آلکیل متصل است، یعنی هر چهار اتم هیدروژن یون آمونیوم توسط گروههای آلکیل جایگزین میشوند. معمولاً فقط یک یا دو مورد از این گروههای آلکیل، گروههای آلکیل هیدروکربنی با زنجیره بلند هستند و گروههای آلکیل باقی مانده یک یا دو اتم کربن دارند. با توجه به ویژگیهای ساختاری آنها، عمدتاً سه روش سنتز برای نمکهای آمونیوم کواترنری آلکیل وجود دارد: تهیه شده با واکنش آلکیل هالیدهای بالاتر با آمینهای نوع سوم پایینتر، تهیه شده با واکنش آلکیل آمینهای بالاتر با آلکیل هالیدهای پایینتر و تهیه شده با روش فرمالدئید-اسید فرمیک.
نمکهای آمونیوم کواترنری حاوی هترواتمها
منظور از نمکهای آمونیوم چهارتایی حاوی هترواتمها در اینجا عموماً نمکهای آمونیوم چهارتایی هستند که در زنجیرههای هیدروکربنی آبگریز خود حاوی هترواتمهایی مانند O، N و S هستند، یعنی سورفکتانتهایی که در گروههای لیپوفیل خود حاوی پیوندهای آمیدی، پیوندهای اتری، پیوندهای استری یا پیوندهای تیواتر هستند. از آنجایی که گروه کاتیون آمونیوم چهارتایی آبدوست و گروه آبگریز آلکیل به جای اینکه مستقیماً به هم متصل باشند، از طریق گروههایی مانند آمید، استر، اتر یا تیواتر به هم متصل هستند، برخی افراد به این نمکهای آمونیوم چهارتایی، سورفکتانتهای کاتیونی با پیوند غیرمستقیم نیز میگویند.
نمکهای آمونیوم کواترنری حاوی حلقههای بنزن
این نوع سورفکتانت عمدتاً به عنوان یک باکتریکش، عامل کفساز، عامل خیسکننده و عامل تثبیتکننده رنگ و موارد دیگر استفاده میشود. در فرآیند سنتز، روش اصلی برای معرفی حلقههای آروماتیک، استفاده از بنزیل کلرید به عنوان یک واکنشگر آلکیلهکننده برای واکنش با آمینهای نوع سوم است. بنزیل کلرید از طریق واکنش کلرزنی زنجیره جانبی تولوئن تهیه میشود. برای جلوگیری از کلرزنی روی حلقه بنزن، این واکنش باید در یک کتری لعابی یا یک راکتور برجی با پوشش شیشهای انجام شود.
نمکهای آمونیوم کواترنری حاوی هتروسیکلها
حلقههای هتروسیکلیک موجود در مولکولهای نمک آمونیوم کواترنری عمدتاً حلقه مورفولین، حلقه پیپرازین، حلقه پیریدین، حلقه کینولین و حلقه ایمیدازول و غیره هستند.
Aنوع نمک معدن
سورفکتانتهای کاتیونی از نوع نمک آمین عمدتاً شامل سه دسته اصلی هستند: نمکهای آمین نوع اول آلکیل با زنجیره بلند، نمکهای آمین نوع دوم و نمکهای آمین نوع سوم.
۴. کاربرد
سورفکتانتهای کاتیونی عملکردهای خوبی مانند استریلیزاسیون، نرمکنندگی،آنتی استاتیکو خواص ضد خوردگی، و همچنین برخی خواص امولسیون کنندگی و مرطوب کنندگی. آنها همچنین اغلب به عنوان کاتالیزور انتقال فاز استفاده میشوند. با این حال، این نوع سورفکتانت به ندرت به تنهایی به عنوان شوینده استفاده میشود. زیرا سطح بسیاری از زیرلایهها در محلولهای آبی، به ویژه در محلولهای آبی قلیایی، معمولاً بار منفی دارد. در حین استفاده، سورفکتانت با بار مثبت روی سطح زیرلایه با گروههای آبدوست به سمت داخل و گروههای آبگریز به سمت خارج قرار میگیرد و سطح زیرلایه را آبگریز میکند، که برای شستشو مناسب نیست و حتی ممکن است اثرات منفی داشته باشد. علاوه بر این، زمینههای کاربرد اصلی این نوع سورفکتانت با سایر سورفکتانتها که برای کاهش کشش سطحی استفاده میشوند، متفاوت است. در عوض، آنها از ویژگیهای ساختاری خود برای سایر کاربردهای خاص استفاده میکنند.
زمان ارسال: ۱۹ مارس ۲۰۲۶