Katijoninės paviršinio aktyvumo medžiagos daugiausia yra azoto turintys organinių amino dariniai. Kadangi jų molekulėse azoto atomas turi vienišą elektronų porą, jis gali jungtis su rūgšties molekulių vandeniliu vandeniliniais ryšiais, todėl amino grupė įgauna teigiamą krūvį. Todėl jos pasižymi geru paviršiaus aktyvumu tik rūgštinėje terpėje; šarminėje terpėje jos linkusios nusėsti ir prarasti savo paviršiaus aktyvumą. Be azoto turinčių katijoninių paviršinio aktyvumo medžiagų, nedidelė dalis katijoninių paviršinio aktyvumo medžiagų taip pat turi tokių elementų kaip siera, fosforas ir arsenas.
1. Vystymosi būsena
Katijoninės paviršinio aktyvumo medžiagos ilgą laiką nebuvo plačiai naudojamos pramonėje, o jų paklausa sparčiai auga kiekvienais metais. Tačiau kadangi jos daugiausia naudojamos specialiose srityse, tokiose kaip fungicidai, pluošto minkštikliai ir antistatikai, jų naudojimas yra santykinai mažesnis, palyginti su anijoninėmis ir nejoninėmis paviršinio aktyvumo medžiagomis.
Katijoninės paviršinio aktyvumo medžiagos paprastai pasižymi geromis savybėmis, tokiomis kaip emulsinimas, drėkinimas, plovimas, sterilizavimas, minkštinimas, antistatika ir apsauga nuo korozijos. Dėl savo ypatingų savybių ir pritaikymo jos turi gerą plėtros potencialą. Plečiantis pramoninių ir civilinių pritaikymų sričiai, jų įvairovė ir paklausa toliau didės.
2. Klasifikacija
Dauguma komercinę vertę turinčių katijoninių paviršinio aktyvumo medžiagų yra organinių azoto junginių dariniai, kuriuose teigiamą krūvį perneša azoto atomai. Taip pat yra keletas naujų katijoninių paviršinio aktyvumo medžiagų tipų, kuriuose teigiamą krūvį perneša tokie atomai kaip fosforas, siera, jodas ir arsenas. Pagal katijoninių paviršinio aktyvumo medžiagų cheminę struktūrą jas galima suskirstyti į keturias kategorijas: amino druskos tipo, ketvirtinės amonio druskos tipo ir heterociklinio tipo.
Katijoninės paviršinio aktyvumo medžiagos, vadinamos amino druskomis, yra bendrinis pirminių, antrinių ir tretinių amino druskų paviršinio aktyvumo medžiagų terminas. Jų savybės yra labai panašios, ir daugelis produktų yra pirminių ir antrinių aminų mišiniai. Šio tipo paviršinio aktyvumo medžiagos daugiausia yra riebalų aminų ir neorganinių rūgščių druskos, kurios tirpsta tik rūgštiniuose tirpaluose. Šarminėje aplinkoje aminų druskos lengvai reaguoja su šarmais ir sudaro laisvuosius aminus, o tai sumažina jų tirpumą ir tam tikru mastu apriboja jų taikymo sritį.
Ketvirtinės amonio druskos tipas
Ketvirtinės amonio druskos tipo katijoninės paviršinio aktyvumo medžiagos yra svarbiausias katijoninių paviršinio aktyvumo medžiagų tipas, kurio savybės ir paruošimo būdai skiriasi nuo amino druskų tipo. Tokios paviršinio aktyvumo medžiagos gali tirpti tiek rūgštiniuose, tiek šarminiuose tirpaluose, pasižymi puikiomis savybėmis ir gerai suderinamos su kitų tipų paviršinio aktyvumo medžiagomis. Todėl jos turi gana platų pritaikymo spektrą.
Heterociklinis tipas
Katijoninių paviršinio aktyvumo medžiagų molekulėse esantys heterocikliniai žiedai daugiausia yra azoto turintys, tokie kaip morfolino žiedas, piridino žiedas, imidazolo žiedas, piperazino žiedas ir chinolino žiedas.
3. Sintezė
Pagrindinė katijoninių paviršinio aktyvumo medžiagų sintezės reakcija yra N-alkilinimo reakcija. Tarp jų reakcija, kurios metu tretiniai aminai reaguoja su alkilinančiais agentais ir sudaro ketvirtines amonio druskas, dar vadinama kvaternizacijos reakcija.
Alkilo ketvirtinė amonio druska
Alkilo ketvirtinės amonio druskos yra viena iš svarbių ketvirtinių amonio druskų tipo katijoninių paviršinio aktyvumo medžiagų atmainų ir plačiai naudojamos kaip fungicidai, pluošto minkštikliai, mineralų flotacijos agentai, emulsikliai ir kt. Jų struktūrinė ypatybė yra ta, kad azoto atomas yra sujungtas su keturiomis alkilo grupėmis, t. y. visi keturi amonio jono vandenilio atomai yra pakeisti alkilo grupėmis. Paprastai tik viena ar dvi iš šių alkilo grupių yra ilgos grandinės angliavandenilių alkilo grupės, o likusios alkilo grupės turi vieną ar du anglies atomus. Pagal jų struktūrines charakteristikas yra trys pagrindiniai alkilo ketvirtinių amonio druskų sintezės būdai: jos gaunamos reaguojant aukštesniems alkilhalogenidams su žemesniais tretiniais aminais, aukštesnėms alkilaminams reaguojant su žemesniais alkilhalogenidais ir formaldehido-skruzdžių rūgšties metodu.
Ketvirtinės amonio druskos, turinčios heteroatomų
Vadinamosios ketvirtinės amonio druskos, turinčios heteroatomus, čia paprastai reiškia ketvirtines amonio druskas, kurių hidrofobinėse angliavandenilių grandinėse yra heteroatomų, tokių kaip O, N ir S, t. y. paviršinio aktyvumo medžiagas, kurių lipofilinėse grupėse yra amidinių, eterinių, esterinių arba tioeterių jungčių. Kadangi hidrofilinė ketvirtinė amonio katijonų grupė ir alkilo hidrofobinė grupė yra sujungtos tokiomis grupėmis kaip amidas, esteris, eteris arba tioeteris, o ne tiesiogiai, kai kurie žmonės tokias ketvirtines amonio druskas vadina netiesiogiai sujungtomis katijoninėmis paviršinio aktyvumo medžiagomis.
Ketvirtinės amonio druskos, turinčios benzeno žiedų
Šio tipo paviršinio aktyvumo medžiagos daugiausia naudojamos kaip baktericidas, putojimo agentas, drėkiklis ir dažų fiksatorius ir kt. Sintezės procese pagrindinis aromatinių žiedų įvedimo būdas yra benzilo chlorido naudojimas kaip alkilinimo reagentas, reaguojantis su tretiniais aminais. Benzilo chloridas gaunamas tolueno šoninės grandinės chlorinimo reakcijos metu. Siekiant išvengti chlorinimo benzeno žiede, šią reakciją reikia atlikti emaliuotame virdulyje arba stiklu dengtame bokštiniame reaktoriuje.
Ketvirtinės amonio druskos, turinčios heterociklų
Ketvirtinėse amonio druskos molekulėse esantys heterocikliniai žiedai daugiausia yra morfolino žiedas, piperazino žiedas, piridino žiedas, chinolino žiedas ir imidazolo žiedas ir kt.
Akasyklų druskos tipas
Katijoninės amino druskos tipo paviršinio aktyvumo medžiagos daugiausia skirstomos į tris pagrindines kategorijas: ilgos grandinės alkilinius pirminius aminų druskas, antrinius aminų druskas ir tretinius aminų druskas.
4. Paraiška
Katijoninės paviršinio aktyvumo medžiagos turi gerų savybių, tokių kaip sterilizavimas, minkštinimas,antistatinisir antikorozines savybes, taip pat tam tikras emulsinimo ir drėkinimo savybes. Jie taip pat dažnai naudojami kaip fazių pernašos katalizatoriai. Tačiau šio tipo paviršinio aktyvumo medžiagos retai naudojamos vienos kaip ploviklis. Kadangi daugelio substratų paviršius vandeniniuose tirpaluose, ypač šarminiuose vandeniniuose tirpaluose, paprastai turi neigiamą krūvį. Teigiamai įkrauta paviršinio aktyvumo medžiaga ant substrato paviršiaus išsidėstys hidrofilinėmis grupėmis į vidų, o hidrofobinėmis grupėmis į išorę, todėl substrato paviršius taps hidrofobinis, o tai nepadeda plauti ir gali turėti net neigiamą poveikį. Be to, pagrindinės šio tipo paviršinio aktyvumo medžiagų taikymo sritys skiriasi nuo kitų paviršinio aktyvumo medžiagų, kurios naudojamos paviršiaus įtempimui mažinti. Vietoj to, jos panaudoja savo struktūrines savybes kitoms specialioms reikmėms.
Įrašo laikas: 2026 m. kovo 19 d.