Katjonu virsmaktīvās vielas galvenokārt ir slāpekli saturoši organisko amīnu atvasinājumi. Tā kā slāpekļa atoms to molekulās satur vientuļu elektronu pāri, tas var savienoties ar ūdeņradi skābās molekulās, izmantojot ūdeņraža saites, izraisot aminogrupas pozitīvu lādiņu. Tāpēc tām ir laba virsmas aktivitāte tikai skābā vidē; sārmainā vidē tās mēdz nogulsnēties un zaudēt savu virsmas aktivitāti. Papildus slāpekli saturošām katjonu virsmaktīvām vielām ir arī neliela daļa katjonu virsmaktīvo vielu, kas satur tādus elementus kā sērs, fosfors un arsēns.
1. Attīstības statuss
Katjonu virsmaktīvās vielas rūpniecībā ilgu laiku nav plaši izmantotas, un pieprasījums pēc tām strauji pieaug gadu no gada. Tomēr, tā kā tās galvenokārt izmanto īpašos lietojumos, piemēram, fungicīdos, šķiedru mīkstinātājos un antistatiskos līdzekļos, to izmantošana ir salīdzinoši mazāka salīdzinājumā ar anjonu un nejonu virsmaktīvajām vielām.
Katjonu virsmaktīvām vielām parasti piemīt labas īpašības, piemēram, emulgācija, mitrināšana, mazgāšana, sterilizācija, mīkstināšana, antistatiska iedarbība un pretkorozijas iedarbība. Pateicoties to īpašajām īpašībām un pielietojumam, tām ir labs attīstības potenciāls. Tā kā rūpniecisko un civilo pielietojumu apjoms turpina paplašināties, to daudzveidība un pieprasījums turpinās pieaugt.
2. Klasifikācija
Lielākā daļa katjonu virsmaktīvo vielu ar komerciālu vērtību ir organisko slāpekļa savienojumu atvasinājumi, kur pozitīvo lādiņu pārnes slāpekļa atomi. Ir arī daži jauni katjonu virsmaktīvo vielu veidi, kur pozitīvo lādiņu pārnes tādi atomi kā fosfors, sērs, jods un arsēns. Atkarībā no katjonu virsmaktīvo vielu ķīmiskās struktūras tās galvenokārt var iedalīt četrās kategorijās: amīna sāļu tips, kvaternārais amonija sāļu tips un heterocikliskais tips.
Amīna sāļu tipa katjoniskās virsmaktīvās vielas ir vispārīgs termins primāro amīna sāļu, sekundāro amīna sāļu un terciāro amīna sāļu virsmaktīvajām vielām. To īpašības ir ārkārtīgi līdzīgas, un daudzi produkti ir primāro amīnu un sekundāro amīnu maisījumi. Šāda veida virsmaktīvās vielas galvenokārt ir taukskābju amīnu un neorganisko skābju sāļi, un tās šķīst tikai skābos šķīdumos. Sārmainos apstākļos amīna sāļi viegli reaģē ar sārmiem, veidojot brīvos amīnus, kas samazina to šķīdību un tādējādi zināmā mērā ierobežo to pielietojuma jomu.
Kvaternārā amonija sāļu tipa katjonu virsmaktīvās vielas ir vissvarīgākais katjonu virsmaktīvo vielu veids, kuru īpašības un pagatavošanas metodes atšķiras no amīna sāļu tipa virsmaktīvajām vielām. Šādas virsmaktīvās vielas var šķīst gan skābos, gan sārmainos šķīdumos, tām piemīt virkne izcilu īpašību un tās ir labi saderīgas ar cita veida virsmaktīvajām vielām. Tāpēc tām ir salīdzinoši plašs pielietojumu klāsts.
Heterocikliskais tips
Katjonu virsmaktīvo vielu molekulās esošie heterocikliskie gredzeni galvenokārt satur slāpekli, piemēram, morfolīna gredzens, piridīna gredzens, imidazola gredzens, piperazīna gredzens un hinolīna gredzens.
3.Sintēze
Galvenā katjonu virsmaktīvo vielu sintēzes reakcija ir N-alkilēšanas reakcija. Starp tām reakciju, kurā terciārie amīni reaģē ar alkilējošām vielām, veidojot kvaternāros amonija sāļus, sauc arī par kvaternizācijas reakciju.
Alkilkvaternārais amonija sāls
Alkilkvaternārie amonija sāļi ir viena no svarīgākajām kvaternāro amonija sāļu tipa katjonu virsmaktīvo vielu šķirnēm, un tos plaši izmanto kā fungicīdus, šķiedru mīkstinātājus, minerālu flotācijas līdzekļus, emulgatorus utt. To strukturālā iezīme ir tāda, ka slāpekļa atoms ir savienots ar četrām alkilgrupām, tas ir, visi četri amonija jona ūdeņraža atomi ir aizstāti ar alkilgrupām. Parasti tikai viena vai divas no šīm alkilgrupām ir garās ķēdes ogļūdeņraža alkilgrupas, bet pārējām alkilgrupām ir viens vai divi oglekļa atomi. Atbilstoši to strukturālajām īpašībām alkilkvaternāro amonija sāļu sintēzes metodes galvenokārt ir trīs: tie tiek iegūti, reaģējot augstākiem alkilhalogenīdiem ar zemākiem terciāriem amīniem, tie tiek iegūti, reaģējot augstākiem alkilamīniem ar zemākiem alkilhalogenīdiem, un tie tiek iegūti ar formaldehīda-skudrskābes metodi.
Kvaternārie amonija sāļi, kas satur heteroatomus
Tā sauktie kvaternārie amonija sāļi, kas satur heteroatomus, šeit parasti attiecas uz kvaternārajiem amonija sāļiem, kas satur heteroatomus, piemēram, O, N un S to hidrofobajās ogļūdeņražu ķēdēs, tas ir, virsmaktīvās vielas, kas satur amīda saites, ētera saites, estera saites vai tioētera saites to lipofilajās grupās. Tā kā hidrofilā kvaternārā amonija katjonu grupa un alkilhidrofobā grupa ir savienotas caur tādām grupām kā amīds, esteris, ēteris vai tioēteris, nevis tieši saistītas, daži cilvēki šādus kvaternāros amonija sāļus dēvē arī par netieši saistītām katjonu virsmaktīvajām vielām.
Kvaternārie amonija sāļi, kas satur benzola gredzenus
Šāda veida virsmaktīvās vielas galvenokārt izmanto kā baktericīdu, putojošu līdzekli, mitrinošu līdzekli un krāsvielu fiksējošu līdzekli, kā arī citus. Sintēzes procesā galvenā aromātisko gredzenu ievadīšanas metode ir benzilhlorīda izmantošana kā alkilējošais reaģents, lai reaģētu ar terciārajiem amīniem. Benzilhlorīdu iegūst, izmantojot toluola sānu ķēdes hlorēšanas reakciju. Lai izvairītos no benzola gredzena hlorēšanas, šī reakcija jāveic emaljētā katlā vai ar stiklu izklātā torņa reaktorā.
Kvaternārie amonija sāļi, kas satur heterociklus
Kvaternāro amonija sāļu molekulās esošie heterocikliskie gredzeni galvenokārt ir morfolīna gredzens, piperazīna gredzens, piridīna gredzens, hinolīna gredzens un imidazola gredzens utt.
Araktuvju sāls veids
Amīna sāļu tipa katjonu virsmaktīvās vielas galvenokārt ietver trīs galvenās kategorijas: garās ķēdes alkil primāro amīnu sāļus, sekundāro amīnu sāļus un terciāro amīnu sāļus.
4.Pieteikums
Katjonu virsmaktīvām vielām ir labas funkcijas, piemēram, sterilizācija, mīkstināšana,antistatisks, un pretkorozijas īpašības, kā arī noteiktas emulgācijas un mitrināšanas īpašības. Tos bieži izmanto arī kā fāžu pārneses katalizatorus. Tomēr šāda veida virsmaktīvās vielas reti tiek izmantotas atsevišķi kā mazgāšanas līdzeklis. Tā kā daudzu substrātu virsma ūdens šķīdumos, īpaši sārmainos ūdens šķīdumos, parasti ir ar negatīvu lādiņu. Uzklāšanas laikā pozitīvi lādētā virsmaktīvā viela uz substrāta virsmas izvietojas ar hidrofilajām grupām uz iekšu un hidrofobajām grupām uz āru, padarot substrāta virsmu hidrofobu, kas neveicina mazgāšanu un var pat radīt negatīvu ietekmi. Turklāt šāda veida virsmaktīvo vielu galvenās pielietojuma jomas atšķiras no citām virsmaktīvajām vielām, kuras izmanto virsmas spraiguma samazināšanai. Tā vietā tās izmanto savas strukturālās īpašības citiem īpašiem pielietojumiem.
Publicēšanas laiks: 2026. gada 19. marts