Os surfactantes catiónicos son principalmente derivados de aminas orgánicas que conteñen nitróxeno. Dado que o átomo de nitróxeno das súas moléculas contén un par solitario de electróns, pode combinarse co hidróxeno das moléculas de ácido a través de enlaces de hidróxeno, facendo que o grupo amino leve unha carga positiva. Polo tanto, só presentan unha boa actividade superficial en medios ácidos; en medios alcalinos, tenden a precipitar e perder a súa actividade superficial. Ademais dos surfactantes catiónicos que conteñen nitróxeno, tamén hai unha pequena porción de surfactantes catiónicos que conteñen elementos como xofre, fósforo e arsénico.
1. Estado de desenvolvemento
Os surfactantes catiónicos non se empregan amplamente na industria desde hai moito tempo e a súa demanda medrou rapidamente ano tras ano. Non obstante, debido a que as súas principais aplicacións son usos especiais como funxicidas, suavizantes de fibras e axentes antiestáticos, o seu uso é relativamente menor en comparación cos surfactantes aniónicos e non iónicos.
Os surfactantes catiónicos xeralmente teñen boas propiedades como emulsificación, humectación, lavado, esterilización, suavización, antiestática e anticorrosión. Debido ás súas propiedades e aplicacións especiais, teñen un bo potencial de desenvolvemento. A medida que o alcance das aplicacións industriais e civís continúa a expandirse, as súas variedades e demanda seguirán aumentando.
2. Clasificación
A maioría dos surfactantes catiónicos con valor comercial son derivados de compostos orgánicos de nitróxeno, nos que a carga positiva a transportan átomos de nitróxeno. Tamén existen algúns novos tipos de surfactantes catiónicos nos que a carga positiva a transportan átomos como o fósforo, o xofre, o iodo e o arsénico. Segundo a estrutura química dos surfactantes catiónicos, pódense dividir principalmente en catro categorías: tipo de sal de amina, tipo de sal de amonio cuaternario e tipo heterocíclico.
Os surfactantes catiónicos de tipo sal de amina son un termo xeral para os surfactantes de sal de amina primaria, sal de amina secundaria e sal de amina terciaria. As súas propiedades son extremadamente semellantes e moitos produtos son mesturas de aminas primarias e aminas secundarias. Este tipo de surfactante son principalmente sales formadas por aminas graxas e ácidos inorgánicos, e só son solubles en solucións ácidas. En condicións alcalinas, os sales de amina reaccionan facilmente cos álcalis para formar aminas libres, o que reduce a súa solubilidade e limita o seu ámbito de aplicación ata certo punto.
Tipo de sal de amonio cuaternario
Os surfactantes catiónicos de tipo sal de amonio cuaternario son o tipo máis importante de surfactantes catiónicos, con propiedades e métodos de preparación diferentes aos dos de tipo sal de amina. Estes surfactantes poden disolverse tanto en solucións ácidas como alcalinas, posúen unha serie de excelentes propiedades e teñen boa compatibilidade con outros tipos de surfactantes. Polo tanto, teñen unha gama relativamente ampla de aplicacións.
Htipo eterocíclico
Os aneis heterocíclicos contidos nas moléculas de surfactante catiónico son principalmente os que conteñen nitróxeno, como o anel de morfolina, o anel de piridina, o anel de imidazol, o anel de piperazina e o anel de quinolina.
3. Síntese
A principal reacción para a síntese de surfactantes catiónicos é a reacción de N-alquilación. Entre elas, a reacción na que as aminas terciarias reaccionan con axentes alquilantes para formar sales de amonio cuaternario tamén se denomina reacción de cuaternización.
Sal de alquilamonio cuaternario
Os sales de alquilamonio cuaternario son unha das variedades importantes de surfactantes catiónicos de tipo sal de amonio cuaternario e foron amplamente utilizados como funxicidas, suavizantes de fibras, axentes de flotación minerais, emulsionantes, etc. A súa característica estrutural é que o átomo de nitróxeno está conectado con catro grupos alquilo, é dicir, os catro átomos de hidróxeno do ión amonio son substituídos por grupos alquilo. Normalmente, só un ou dous destes grupos alquilo son grupos alquilo de hidrocarburos de cadea longa, e os grupos alquilo restantes teñen un ou dous átomos de carbono. Segundo as súas características estruturais, existen principalmente tres métodos de síntese para os sales de alquilamonio cuaternario: preparados pola reacción de haluros de alquilo superiores con aminas terciarias inferiores, preparados pola reacción de alquilaminas superiores con haluros de alquilo inferiores e preparados polo método de formaldehido-ácido fórmico.
Sales de amonio cuaternario que conteñen heteroátomos
Os chamados sales de amonio cuaternario que conteñen heteroátomos aquí refírense xeralmente a sales de amonio cuaternario que conteñen heteroátomos como O, N e S nas súas cadeas de hidrocarburos hidrófobos, é dicir, surfactantes que conteñen enlaces amida, enlaces éter, enlaces éster ou enlaces tioéter nos seus grupos lipofílicos. Dado que o grupo catión de amonio cuaternario hidrófilo e o grupo alquilo hidrófobo están conectados a través de grupos como amida, éster, éter ou tioéter en lugar de estar directamente unidos, algunhas persoas tamén se refiren a estes sales de amonio cuaternario como surfactantes catiónicos indirectamente unidos.
Sales de amonio cuaternario que conteñen aneis de benceno
Este tipo de surfactante úsase principalmente como bactericida, axente espumante, axente humectante e axente fixador de colorantes, entre outros. No proceso de síntese, o método principal para introducir aneis aromáticos é usar cloruro de bencilo como reactivo alquilante para reaccionar con aminas terciarias. O cloruro de bencilo prepárase mediante a reacción de cloración da cadea lateral do tolueno. Para evitar a cloración no anel de benceno, é necesario levar a cabo esta reacción nunha chaleira de esmalte ou nun reactor de torre con revestimento de vidro.
Sales de amonio cuaternario que conteñen heterociclos
Os aneis heterocíclicos contidos nas moléculas de sal de amonio cuaternario son principalmente anel de morfolina, anel de piperazina, anel de piridina, anel de quinolina e anel de imidazol, etc.
Atipo de sal de mina
Os surfactantes catiónicos de tipo sal de amina inclúen principalmente tres categorías principais: sales de amina primaria de alquilo de cadea longa, sales de amina secundaria e sales de amina terciaria.
4. Aplicación
Os surfactantes catiónicos teñen boas funcións como a esterilización, o suavizado,antiestáticoe propiedades anticorrosión, así como certas propiedades emulsionantes e humectantes. Tamén se usan a miúdo como catalizadores de transferencia de fase. Non obstante, este tipo de surfactante raramente se usa só como deterxente. Porque a superficie de moitos substratos en solucións acuosas, especialmente en solucións acuosas alcalinas, adoita ter unha carga negativa. Durante a aplicación, o surfactante cargado positivamente disponse na superficie do substrato cos grupos hidrófilos cara a dentro e os grupos hidrófobos cara a fóra, facendo que a superficie do substrato sexa hidrófoba, o que non é propicio para o lavado e pode incluso ter efectos negativos. Ademais, os principais campos de aplicación deste tipo de surfactante son diferentes dos doutros surfactantes, que se usan para reducir a tensión superficial. En cambio, utilizan as súas características estruturais para outras aplicacións especiais.
Data de publicación: 19 de marzo de 2026