Kationski surfaktanti su uglavnom organski aminski derivati koji sadrže dušik. Budući da atom dušika u njihovim molekulama sadrži usamljeni par elektrona, može se kombinirati s vodikom u kiselim molekulama putem vodikovih veza, uzrokujući da amino skupina nosi pozitivan naboj. Stoga pokazuju dobru površinsku aktivnost samo u kiselim medijima; u alkalnim medijima skloni su taloženju i gubitku površinske aktivnosti. Osim kationskih surfaktanata koji sadrže dušik, postoji i mali dio kationskih surfaktanata koji sadrže elemente poput sumpora, fosfora i arsena.
1. Status razvoja
Kationski surfaktanti dugo nisu bili široko korišteni u industriji, a njihova potražnja brzo raste iz godine u godinu. Međutim, budući da su im glavne primjene u posebnim namjenama poput fungicida, omekšivača vlakana i antistatika, njihova upotreba je relativno manja u usporedbi s anionskim i neionskim surfaktantima.
Kationski surfaktanti općenito imaju dobra svojstva poput emulgiranja, vlaženja, pranja, sterilizacije, omekšavanja, antistatičnosti i antikorozije. Zbog svojih posebnih svojstava i primjene imaju dobar razvojni potencijal. Kako se opseg industrijske i civilne primjene nastavlja širiti, njihova raznolikost i potražnja nastavit će rasti.
2. Klasifikacija
Većina kationskih surfaktanata s komercijalnom vrijednošću su derivati organskih dušikovih spojeva, gdje pozitivni naboj nose atomi dušika. Postoje i neke nove vrste kationskih surfaktanata gdje pozitivni naboj nose atomi poput fosfora, sumpora, joda i arsena. Prema kemijskoj strukturi kationskih surfaktanata, oni se uglavnom mogu podijeliti u četiri kategorije: tip aminske soli, tip kvaternarne amonijeve soli i tip heterocikličke soli.
Kationski surfaktanti tipa aminske soli općeniti su naziv za surfaktante primarne aminske soli, sekundarne aminske soli i tercijarne aminske soli. Njihova su svojstva izuzetno slična, a mnogi proizvodi su smjese primarnih i sekundarnih amina. Ova vrsta surfaktanta uglavnom su soli nastale od masnih amina i anorganskih kiselina te su topljive samo u kiselim otopinama. U alkalnim uvjetima, aminske soli lako reagiraju s lužinama tvoreći slobodne amine, što smanjuje njihovu topljivost, čime se do određene mjere ograničava njihov opseg primjene.
Kationski surfaktanti tipa kvaternih amonijevih soli najvažnija su vrsta kationskih surfaktanata, sa svojstvima i metodama pripreme koje se razlikuju od svojstava i metoda pripreme amino soli. Takvi surfaktanti mogu se otopiti i u kiselim i u alkalnim otopinama, posjeduju niz izvrsnih svojstava i dobru kompatibilnost s drugim vrstama surfaktanata. Stoga imaju relativno širok raspon primjene.
Heterociklički tip
Heterociklički prstenovi sadržani u molekulama kationskih surfaktanata uglavnom su oni koji sadrže dušik, kao što su morfolinski prsten, piridinski prsten, imidazolski prsten, piperazinski prsten i kinolinski prsten.
3. Sinteza
Glavna reakcija za sintezu kationskih surfaktanata je reakcija N-alkilacije. Među njima, reakcija u kojoj tercijarni amini reagiraju s alkilirajućim sredstvima stvarajući kvaterne amonijeve soli naziva se i reakcija kvaternizacije.
Alkil kvaternarna amonijeva sol
Alkil kvaternarne amonijeve soli jedna su od važnih vrsta kationskih surfaktanata tipa kvaternarne amonijeve soli i široko se koriste kao fungicidi, omekšivači vlakana, sredstva za flotaciju minerala, emulgatori itd. Njihova strukturna značajka je da je atom dušika povezan s četiri alkilne skupine, odnosno sva četiri atoma vodika amonijevog iona zamijenjena su alkilnim skupinama. Obično su samo jedna ili dvije od ovih alkilnih skupina dugolančane ugljikovodične alkilne skupine, a preostale alkilne skupine imaju jedan ili dva atoma ugljika. Prema njihovim strukturnim karakteristikama, postoje uglavnom tri metode sinteze alkil kvaternarnih amonijevih soli: pripremljene reakcijom viših alkil halida s nižim tercijarnim aminima, pripremljene reakcijom viših alkil amina s nižim alkil halidima i pripremljene metodom formaldehid-mravlja kiselina.
Kvarterne amonijeve soli koje sadrže heteroatome
Takozvane kvaternarne amonijeve soli koje sadrže heteroatome ovdje se općenito odnose na kvaternarne amonijeve soli koje sadrže heteroatome poput O, N i S u svojim hidrofobnim ugljikovodičnim lancima, odnosno surfaktante koji sadrže amidne veze, eterske veze, esterske veze ili tioeterske veze u svojim lipofilnim skupinama. Budući da su hidrofilna kvaternarna amonijeva kationska skupina i alkilna hidrofobna skupina povezane skupinama poput amida, estera, etera ili tioetera, a ne izravno, neki ljudi takve kvaternarne amonijeve soli nazivaju i neizravno povezanim kationskim surfaktantima.
Kvarterne amonijeve soli koje sadrže benzenske prstenove
Ova vrsta surfaktanta uglavnom se koristi kao baktericid, sredstvo za pjenjenje, sredstvo za vlaženje i sredstvo za fiksiranje boje, između ostalog. U procesu sinteze, glavna metoda za uvođenje aromatskih prstenova je korištenje benzil klorida kao alkilirajućeg reagensa za reakciju s tercijarnim aminima. Benzil klorid se priprema reakcijom kloriranja bočnog lanca toluena. Kako bi se izbjeglo kloriranje benzenskog prstena, ova reakcija se mora provesti u emajliranom kotlu ili reaktoru s tornjem obloženim staklom.
Kvarterne amonijeve soli koje sadrže heterocikle
Heterociklički prstenovi sadržani u molekulama kvaternarnih amonijevih soli uglavnom su morfolinski prsten, piperazinski prsten, piridinski prsten, kinolinski prsten i imidazolski prsten itd.
Avrsta rudničke soli
Kationski surfaktanti tipa aminskih soli uglavnom uključuju tri glavne kategorije: dugolančane alkilne primarne aminske soli, sekundarne aminske soli i tercijarne aminske soli.
4. Primjena
Kationski surfaktanti imaju dobre funkcije kao što su sterilizacija, omekšavanje,antistatik, i antikorozivna svojstva, kao i određena emulgirajuća i vlaživa svojstva. Također se često koriste kao katalizatori faznog prijenosa. Međutim, ova vrsta surfaktanta rijetko se koristi sama kao deterdžent. Budući da površina mnogih supstrata u vodenim otopinama, posebno u alkalnim vodenim otopinama, obično nosi negativni naboj. Tijekom nanošenja, pozitivno nabijeni surfaktant će se rasporediti na površini supstrata s hidrofilnim skupinama prema unutra i hidrofobnim skupinama prema van, čineći površinu supstrata hidrofobnom, što nije pogodno za pranje i može čak imati negativne učinke. Osim toga, glavna područja primjene ove vrste surfaktanata razlikuju se od drugih surfaktanata, koji se koriste za smanjenje površinske napetosti. Umjesto toga, oni koriste svoje strukturne karakteristike za druge posebne primjene.
Vrijeme objave: 19. ožujka 2026.