Katjónísk yfirborðsefni eru aðallega köfnunarefnisinnihaldandi lífræn amínafleiður. Þar sem köfnunarefnisatómið í sameindum þeirra inniheldur eitt rafeindapar getur það tengst vetni í sýrusameindum í gegnum vetnistengi, sem veldur því að amínóhópurinn ber jákvæða hleðslu. Þess vegna sýna þau aðeins góða yfirborðsvirkni í súrum miðlum; í basískum miðlum hafa þau tilhneigingu til að falla út og missa yfirborðsvirkni sína. Auk köfnunarefnisinnihaldandi katjónískra yfirborðsefna er einnig lítill hluti katjónískra yfirborðsefna sem innihalda frumefni eins og brennistein, fosfór og arsen.
1. Þróunarstaða
Katjónísk yfirborðsefni hafa ekki verið mikið notuð í iðnaði í langan tíma og eftirspurn eftir þeim hefur aukist hratt ár frá ári. Hins vegar, þar sem helstu notkunarsvið þeirra eru í sérstökum tilgangi eins og sveppaeyðingu, trefjamýkingarefnum og stöðurafmagnseyði, er notkun þeirra tiltölulega minni samanborið við anjónísk og ójónísk yfirborðsefni.
Katjónísk yfirborðsefni hafa almennt góða eiginleika eins og fleytieiginleika, vætueiginleika, þvottaeiginleika, sótthreinsunareiginleika, mýkingareiginleika, stöðurafmagnseiginleika og tæringareiginleika. Vegna sérstakra eiginleika sinna og notkunarmöguleika hafa þau góða þróunarmöguleika. Þar sem umfang iðnaðar- og byggingarnota heldur áfram að stækka mun fjölbreytni þeirra og eftirspurn halda áfram að aukast.
2. Flokkun
Flest katjónísk yfirborðsefni með viðskiptagildi eru afleiður lífrænna köfnunarefnissambanda, þar sem jákvæða hleðslan er borin af köfnunarefnisatómum. Einnig eru til nokkrar nýjar gerðir af katjónískum yfirborðsefnum þar sem jákvæða hleðslan er borin af atómum eins og fosfór, brennistein, joð og arsen. Samkvæmt efnafræðilegri uppbyggingu katjónískra yfirborðsefna má aðallega skipta þeim í fjóra flokka: amínsaltgerð, fjórgild ammoníumsaltgerð og heterósýklísk gerð.
Katjónísk yfirborðsefni af amínsöltum eru almennt hugtak fyrir yfirborðsefni sem innihalda frum-amínsölt, annars stigs amínsölt og þriðja stigs amínsölt. Eiginleikar þeirra eru mjög svipaðir og margar vörur eru blöndur af frum- og annars stigs amínum. Þessi tegund yfirborðsefnis samanstendur aðallega af söltum sem myndast af fitusýrum og ólífrænum sýrum og eru aðeins leysanleg í súrum lausnum. Við basískar aðstæður hvarfast amínsölt auðveldlega við basa og mynda frí amín, sem dregur úr leysni þeirra og takmarkar þannig notkunarsvið þeirra að vissu marki.
Kvartært ammoníumsalt af gerðinni
Katjónísk yfirborðsefni af gerðinni fjórgild ammoníumsalt eru mikilvægasta gerðin af katjónískum yfirborðsefnum, með eiginleikum og framleiðsluaðferðum sem eru frábrugðnar þeim sem amínsalt gera. Slík yfirborðsefni geta leyst upp í bæði súrum og basískum lausnum, hafa fjölda framúrskarandi eiginleika og eru vel samhæfð öðrum gerðum yfirborðsefna. Þess vegna hafa þau tiltölulega fjölbreytt notkunarsvið.
Heterósýklísk gerð
Heterósýklískir hringir sem eru í katjónískum yfirborðsvirkum sameindum eru aðallega köfnunarefnisinnihaldandi hringir eins og morfólínhringur, pýridínhringur, imídasólhringur, píperasínhringur og kínólínhringur.
3. Myndun
Helsta viðbrögðin við myndun katjónískra yfirborðsvirkra efna eru N-alkýleringarviðbrögð. Meðal þeirra er viðbrögðin þar sem tertíer amín hvarfast við alkýleringarefni til að mynda fjórgild ammóníumsölt einnig kölluð fjórgildingarviðbrögð.
Alkýl fjórgildt ammoníumsalt
Alkýl fjórtengd ammóníumsölt eru ein mikilvægasta tegundin af fjórtengdum ammóníumsöltum af katjónískum yfirborðsvirkum efnum og hafa verið mikið notuð sem sveppalyf, mýkingarefni fyrir trefjar, fleytiefni fyrir steinefni, ýruefni o.s.frv. Byggingareiginleiki þeirra er sá að köfnunarefnisatómið er tengt fjórum alkýlhópum, það er að segja, öll fjögur vetnisatóm ammóníumjónarinnar eru skipt út fyrir alkýlhópa. Venjulega eru aðeins einn eða tveir af þessum alkýlhópum langkeðju kolvetnisalkýlhópar, og hinir alkýlhóparnir hafa eitt eða tvö kolefnisatóm. Samkvæmt byggingareiginleikum þeirra eru aðallega þrjár aðferðir til að mynda alkýl fjórtengd ammóníumsölt: framleitt með efnahvarfi hærri alkýlhalíða við lægri tertíer amína, framleitt með efnahvarfi hærri alkýlamína við lægri alkýlhalíða og framleitt með formaldehýð-maurasýru aðferðinni.
Kvartær ammoníumsölt sem innihalda heteróatóm
Svokölluð fjórgreind ammoníumsölt sem innihalda heteróatóm vísa hér almennt til fjórgreindra ammoníumsalta sem innihalda heteróatóm eins og O, N og S í vatnsfælnum kolvetniskeðjum sínum, þ.e. yfirborðsvirk efni sem innihalda amíðtengi, etertengi, estertengi eða þíóetertengi í fitusæknum hópum sínum. Þar sem vatnssækni fjórgreinda ammoníum katjónhópurinn og alkýl vatnsfælni hópurinn eru tengdir í gegnum hópa eins og amíð, ester, eter eða þíóeter frekar en að vera beint tengdir, vísa sumir einnig til slíkra fjórgreindra ammoníumsalta sem óbeint tengdra katjónískra yfirborðsvirkra efna.
Kvartær ammoníumsölt sem innihalda bensenhringi
Þessi tegund yfirborðsvirkra efna er aðallega notuð sem bakteríudrepandi efni, froðumyndandi efni, rakaefni og litarefnisbindandi efni, svo eitthvað sé nefnt. Í myndunarferlinu er aðalaðferðin til að koma arómatískum hringjum inn að nota bensýlklóríð sem alkýlerandi hvarfefni til að hvarfast við tertíer amín. Bensýlklóríð er búið til með hliðarkeðjuklórunarviðbrögðum tólúens. Til að forðast klórun á bensenhringnum þarf að framkvæma þessi viðbrögð í enamelkatli eða glerfóðruðum turnhvarfefnum.
Kvartær ammoníumsölt sem innihalda heteróhringlaga
Heterósýklísku hringirnir sem eru í fjórgreindum ammóníumsaltsameindum eru aðallega morfólínhringur, píperasínhringur, pýridínhringur, kínólínhringur og imídasólhringur, o.s.frv.
Ategund saltnámu
Katjónísk yfirborðsvirk efni af amínsöltum eru aðallega í þremur meginflokkum: langkeðju alkýl frumamínsölt, annars stigs amínsölt og þriðja stigs amínsölt.
4. Umsókn
Katjónísk yfirborðsefni hafa góða virkni eins og sótthreinsun, mýkingu,antistatískt, og tæringarvarnareiginleikar, sem og ákveðna fleyti- og rakaeiginleika. Þau eru einnig oft notuð sem fasaflutningshvatar. Hins vegar er þessi tegund yfirborðsvirkra efna sjaldan notuð ein og sér sem þvottaefni. Vegna þess að yfirborð margra undirlaga í vatnslausnum, sérstaklega í basískum vatnslausnum, ber venjulega neikvæða hleðslu. Við notkun mun jákvætt hlaðna yfirborðsvirka efnið raðast á yfirborð undirlagsins með vatnssækna hópana inn á við og vatnsfælna hópana út á við, sem gerir yfirborð undirlagsins vatnsfælið, sem er ekki hentugt til þvottar og getur jafnvel haft neikvæð áhrif. Að auki eru helstu notkunarsvið þessarar tegundar yfirborðsvirkra efna frábrugðin öðrum yfirborðsvirkum efnum, sem eru notuð til að draga úr yfirborðsspennu. Í staðinn nýta þau byggingareiginleika sína fyrir önnur sérstök forrit.
Birtingartími: 19. mars 2026