Kationinen pinta-aktiivinen aine

Kationiset pinta-aktiiviset aineet ovat pääasiassa typpeä sisältäviä orgaanisia amiinijohdannaisia. Koska niiden molekyylien typpiatomi sisältää yhden elektroniparin, se voi sitoutua happomolekyylien vetyyn vetysidosten kautta, jolloin aminoryhmällä on positiivinen varaus. Siksi niillä on hyvä pinta-aktiivisuus vain happamassa ympäristössä; emäksisissä ympäristöissä ne saostuvat ja menettävät pinta-aktiivisuutensa. Typpiä sisältävien kationisten pinta-aktiivisten aineiden lisäksi on myös pieni osa kationisista pinta-aktiivisista aineista, jotka sisältävät alkuaineita, kuten rikkiä, fosforia ja arseenia.

1. Kehitystilanne

Kationisia pinta-aktiivisia aineita ei ole käytetty laajalti teollisuudessa pitkään aikaan, ja niiden kysyntä on kasvanut nopeasti vuosi vuodelta. Koska niiden pääasialliset käyttökohteet ovat kuitenkin erityiskäytössä, kuten sienitautien torjunta-aineissa, kuitujen pehmentimissä ja antistaattisissa aineissa, niiden käyttö on suhteellisen vähäistä verrattuna anionisiin ja ionittomiin pinta-aktiivisiin aineisiin.

Kationisilla pinta-aktiivisilla aineilla on yleensä hyviä ominaisuuksia, kuten emulgointi, kostutus, pesu, sterilointi, pehmentäminen, antistaattinen ja korroosionesto. Niiden erityisominaisuuksien ja sovellusten ansiosta niillä on hyvä kehityspotentiaali. Teollisuuden ja siviilisovellusten laajentuessa niiden lajikkeet ja kysyntä kasvavat edelleen.

2. Luokittelu

Useimmat kaupallisesti arvokkaat kationiset pinta-aktiiviset aineet ovat orgaanisten typpiyhdisteiden johdannaisia, joissa positiivinen varaus on typpiatomien varassa. On myös joitakin uudentyyppisiä kationisia pinta-aktiivisia aineita, joissa positiivinen varaus on atomien, kuten fosforin, rikin, jodin ja arseenin, varassa. Kemiallisen rakenteensa mukaan kationiset pinta-aktiiviset aineet voidaan jakaa pääasiassa neljään luokkaan: amiinisuolatyyppiin, kvaternääriseen ammoniumsuolatyyppiin ja heterosykliseen tyyppiin.

Akaivossuolan tyyppi

Amiinisuolatyyppiset kationiset pinta-aktiiviset aineet ovat yleisnimitys primaarisille amiinisuoloille, sekundaarisille amiinisuoloille ja tertiäärisille amiinisuoloille. Niiden ominaisuudet ovat erittäin samankaltaisia, ja monet tuotteet ovat primaaristen ja sekundaaristen amiinien seoksia. Tämän tyyppiset pinta-aktiiviset aineet ovat pääasiassa rasva-amiinien ja epäorgaanisten happojen muodostamia suoloja, ja ne liukenevat vain happamiin liuoksiin. Emäksisissä olosuhteissa amiinisuolat reagoivat helposti emästen kanssa muodostaen vapaita amiineja, mikä vähentää niiden liukoisuutta ja rajoittaa siten niiden käyttöaluetta jossain määrin.

Kvaternäärinen ammoniumsuolatyyppi

Kvaternääriset ammoniumsuolatyyppiset kationiset pinta-aktiiviset aineet ovat tärkein kationisten pinta-aktiivisten aineiden tyyppi, ja niiden ominaisuudet ja valmistusmenetelmät eroavat amiinisuolatyyppisten aineiden ominaisuuksista ja valmistusmenetelmistä. Tällaiset pinta-aktiiviset aineet voivat liueta sekä happamiin että emäksisiin liuoksiin, niillä on useita erinomaisia ​​ominaisuuksia ja ne ovat hyvin yhteensopivia muuntyyppisten pinta-aktiivisten aineiden kanssa. Siksi niillä on suhteellisen laaja käyttöalue.

Heterosyklinen tyyppi

Kationisten pinta-aktiivisten molekyylien heterosykliset renkaat ovat pääasiassa typpeä sisältäviä, kuten morfoliinirengas, pyridiinirengas, imidatsolirengas, piperatsiinirengas ja kinoliinirengas.

3. Synteesi

Kationisten pinta-aktiivisten aineiden syntetisoinnin pääreaktio on N-alkylointireaktio. Näistä reaktiota, jossa tertiääriset amiinit reagoivat alkyloivien aineiden kanssa muodostaen kvaternäärisiä ammoniumsuoloja, kutsutaan myös kvaternointireaktioksi.

Alkyylikvaternaarinen ammoniumsuola

Alkyylikvaternääriset ammoniumsuolat ovat yksi tärkeimmistä kvaternääristen ammoniumsuolojen tyyppisistä kationisista pinta-aktiivisista aineista, ja niitä on käytetty laajalti sienitautien torjunta-aineina, kuitujen pehmentiminä, mineraalien vaahdotusaineina, emulgointiaineina jne. Niiden rakenteellinen ominaisuus on, että typpiatomi on liittynyt neljään alkyyliryhmään, eli ammoniumionin kaikki neljä vetyatomia on korvattu alkyyliryhmillä. Yleensä vain yksi tai kaksi näistä alkyyliryhmistä on pitkäketjuisia hiilivetyalkyyliryhmiä, ja lopuissa alkyyliryhmissä on yksi tai kaksi hiiliatomia. Rakenteellisten ominaisuuksiensa mukaan alkyylikvaternäärisille ammoniumsuoloille on pääasiassa kolme synteesimenetelmää: korkeampien alkyylihalogenidien ja alempien tertiääristen amiinien reaktio, korkeampien alkyyliamiinien ja alempien alkyylihalogenidien reaktio ja formaldehydi-muurahaishappomenetelmällä valmistettu.

Kvaternaariset ammoniumsuolat, jotka sisältävät heteroatomeja

Niin kutsutut heteroatomeja sisältävät kvaternääriset ammoniumsuolat viittaavat tässä yleensä kvaternäärisiin ammoniumsuoloihin, jotka sisältävät heteroatomeja, kuten O, N ja S hydrofobisissa hiilivetyketjuissaan, eli pinta-aktiivisiin aineisiin, jotka sisältävät amidi-, eetteri-, esteri- tai tioeetterisidoksia lipofiilisissä ryhmissään. Koska hydrofiilinen kvaternäärinen ammoniumkationiryhmä ja alkyylihydrofobinen ryhmä ovat yhteydessä toisiinsa amidi-, esteri-, eetteri- tai tioeetteriryhmien kautta suoraan kytkeytymisen sijaan, jotkut kutsuvat tällaisia ​​kvaternäärisiä ammoniumsuoloja myös epäsuorasti kytkeytyneiksi kationisiksi pinta-aktiivisiksi aineiksi.

Kvaternaariset ammoniumsuolat, jotka sisältävät bentseenirenkaita

Tämän tyyppistä pinta-aktiivista ainetta käytetään pääasiassa bakteereja tappavana aineena, vaahdotusaineena, kostutusaineena ja värinkiinnitysaineena. Synteesiprosessissa tärkein menetelmä aromaattisten renkaiden lisäämiseksi on käyttää bentsyylikloridia alkyloivana reagenssina reagoimaan tertiääristen amiinien kanssa. Bentsyylikloridia valmistetaan tolueenin sivuketjukloorausreaktiolla. Bentseenirenkaan kloorauksen välttämiseksi tämä reaktio on suoritettava emalikattilassa tai lasilla vuoratussa tornireaktorissa.

Kvaternaariset ammoniumsuolat, jotka sisältävät heterosyklejä

Kvaternääristen ammoniumsuolojen sisältämät heterosykliset renkaat ovat pääasiassa morfoliinirengas, piperatsiinirengas, pyridiinirengas, kinoliinirengas ja imidatsolirengas jne.

Akaivossuolan tyyppi

Amiinisuolatyyppiset kationiset pinta-aktiiviset aineet jaetaan pääasiassa kolmeen pääluokkaan: pitkäketjuiset alkyyliprimaariset amiinisuolat, sekundaariset amiinisuolat ja tertiääriset amiinisuolat.

4.Hakemus

Kationisilla pinta-aktiivisilla aineilla on hyviä ominaisuuksia, kuten sterilointi, pehmentäminen,antistaattinenja korroosionesto-ominaisuuksia sekä tiettyjä emulgointi- ja kostutusominaisuuksia. Niitä käytetään usein myös faasinsiirtokatalyytteinä. Tämän tyyppistä pinta-aktiivista ainetta käytetään kuitenkin harvoin yksinään pesuaineena. Koska monien alustojen pinnalla vesiliuoksissa, erityisesti emäksisissä vesiliuoksissa, on yleensä negatiivinen varaus. Levityksen aikana positiivisesti varautunut pinta-aktiivinen aine järjestäytyy alustan pinnalle hydrofiiliset ryhmät sisäänpäin ja hydrofobiset ryhmät ulospäin, mikä tekee alustan pinnasta hydrofobisen, mikä ei edistä pesua ja voi jopa aiheuttaa negatiivisia vaikutuksia. Lisäksi tämän tyyppisen pinta-aktiivisen aineen pääasialliset käyttöalueet eroavat muista pinta-aktiivisista aineista, joita käytetään pintajännityksen vähentämiseen. Sen sijaan ne hyödyntävät rakenteellisia ominaisuuksiaan muihin erityissovelluksiin.