Surfaktan kationik terutamanya merupakan derivatif amina organik yang mengandungi nitrogen. Oleh kerana atom nitrogen dalam molekulnya mengandungi pasangan elektron bebas, ia boleh bergabung dengan hidrogen dalam molekul asid melalui ikatan hidrogen, menyebabkan kumpulan amino membawa cas positif. Oleh itu, ia hanya menunjukkan aktiviti permukaan yang baik dalam media berasid; dalam media alkali, ia cenderung untuk mendak dan kehilangan aktiviti permukaannya. Selain surfaktan kationik yang mengandungi nitrogen, terdapat juga sebahagian kecil surfaktan kationik yang mengandungi unsur seperti sulfur, fosforus dan arsenik.
1. Status pembangunan
Surfaktan kationik telah lama tidak digunakan secara meluas dalam industri, dan permintaannya telah meningkat pesat dari tahun ke tahun. Walau bagaimanapun, kerana aplikasi utamanya adalah untuk kegunaan khas seperti racun kulat, pelembut gentian dan agen antistatik, penggunaannya agak kurang berbanding dengan surfaktan anionik dan bukan ionik.
Surfaktan kationik secara amnya mempunyai sifat yang baik seperti pengemulsian, pembasahan, pencucian, pensterilan, pelembutan, antistatik dan anti-karat. Disebabkan oleh sifat dan aplikasi khasnya, ia mempunyai potensi pembangunan yang baik. Memandangkan skop aplikasi perindustrian dan awam terus berkembang, kepelbagaian dan permintaannya akan terus meningkat.
2. Pengelasan
Kebanyakan surfaktan kationik yang mempunyai nilai komersial adalah terbitan sebatian nitrogen organik, di mana cas positif dibawa oleh atom nitrogen. Terdapat juga beberapa jenis surfaktan kationik baharu di mana cas positif dibawa oleh atom seperti fosforus, sulfur, iodin dan arsenik. Mengikut struktur kimia surfaktan kationik, ia boleh dibahagikan kepada empat kategori: jenis garam amina, jenis garam ammonium kuaterner dan jenis heterosiklik.
Surfaktan kationik jenis garam amina ialah istilah umum untuk garam amina primer, garam amina sekunder, dan surfaktan garam amina tertier. Sifat-sifatnya sangat serupa, dan banyak produk adalah campuran amina primer dan amina sekunder. Surfaktan jenis ini terutamanya garam yang dibentuk oleh amina lemak dan asid tak organik, dan hanya larut dalam larutan berasid. Di bawah keadaan alkali, garam amina mudah bertindak balas dengan alkali untuk membentuk amina bebas, yang mengurangkan keterlarutannya, sekali gus mengehadkan skop aplikasinya sehingga tahap tertentu.
Jenis garam ammonium kuaterner
Surfaktan kationik jenis garam ammonium kuaterner merupakan jenis surfaktan kationik yang paling penting, dengan sifat dan kaedah penyediaan yang berbeza daripada surfaktan jenis garam amina. Surfaktan sedemikian boleh larut dalam larutan berasid dan alkali, mempunyai beberapa sifat yang sangat baik, dan mempunyai keserasian yang baik dengan jenis surfaktan lain. Oleh itu, ia mempunyai pelbagai aplikasi yang agak luas.
Hjenis eterosiklik
Cincin heterosiklik yang terkandung dalam molekul surfaktan kationik kebanyakannya mengandungi nitrogen seperti cincin morfolin, cincin piridin, cincin imidazol, cincin piperazine dan cincin kuinolin.
3. Sintesis
Tindak balas utama untuk mensintesis surfaktan kationik ialah tindak balas N-alkilasi. Antaranya, tindak balas di mana amina tertier bertindak balas dengan agen alkilasi untuk membentuk garam ammonium kuaterner juga dipanggil tindak balas kuaternisasi.
Garam ammonium kuaterner alkil
Garam ammonium kuaterner alkil merupakan salah satu jenis surfaktan kationik jenis garam ammonium kuaterner yang penting, dan telah digunakan secara meluas sebagai racun kulat, pelembut gentian, agen pengapungan mineral, pengemulsi, dan sebagainya. Ciri strukturnya ialah atom nitrogen disambungkan dengan empat kumpulan alkil, iaitu, keempat-empat atom hidrogen ion ammonium digantikan oleh kumpulan alkil. Biasanya, hanya satu atau dua daripada kumpulan alkil ini adalah kumpulan alkil hidrokarbon rantai panjang, dan kumpulan alkil yang tinggal mempunyai satu atau dua atom karbon. Mengikut ciri strukturnya, terdapat tiga kaedah sintesis utama untuk garam ammonium kuaterner alkil: disediakan melalui tindak balas alkil halida yang lebih tinggi dengan amina tertier yang lebih rendah, disediakan melalui tindak balas alkil halida yang lebih tinggi dengan alkil halida yang lebih rendah, dan disediakan melalui kaedah formaldehid-asid formik.
Garam ammonium kuaterner yang mengandungi heteroatom
Apa yang dipanggil garam ammonium kuaterner yang mengandungi heteroatom di sini secara amnya merujuk kepada garam ammonium kuaterner yang mengandungi heteroatom seperti O, N, dan S dalam rantai hidrokarbon hidrofobiknya, iaitu surfaktan yang mengandungi ikatan amida, ikatan eter, ikatan ester, atau ikatan tioeter dalam kumpulan lipofiliknya. Oleh kerana kumpulan kation ammonium kuaterner hidrofilik dan kumpulan alkil hidrofobik dihubungkan melalui kumpulan seperti amida, ester, eter, atau tioeter dan bukannya dihubungkan secara langsung, sesetengah orang juga merujuk kepada garam ammonium kuaterner tersebut sebagai surfaktan kationik yang dihubungkan secara tidak langsung.
Garam ammonium kuaterner yang mengandungi cincin benzena
Surfaktan jenis ini digunakan terutamanya sebagai bakterisida, agen pembuih, agen pembasahan dan agen pengikat pewarna, antara lain. Dalam proses sintesis, kaedah utama untuk memperkenalkan cincin aromatik adalah dengan menggunakan benzil klorida sebagai reagen alkilasi untuk bertindak balas dengan amina tertier. Benzil klorida disediakan melalui tindak balas pengklorinan rantai sisi toluena. Untuk mengelakkan pengklorinan pada cincin benzena, tindak balas ini perlu dijalankan dalam cerek enamel atau reaktor menara berlapis kaca.
Garam ammonium kuaterner yang mengandungi heterosiklik
Cincin heterosiklik yang terkandung dalam molekul garam ammonium kuaterner terutamanya cincin morfolin, cincin piperazine, cincin piridin, cincin kuinolin dan cincin imidazol, dan sebagainya.
Ajenis garam lombong
Surfaktan kationik jenis garam amina terutamanya merangkumi tiga kategori utama: garam amina primer alkil rantai panjang, garam amina sekunder, dan garam amina tersier.
4. Permohonan
Surfaktan kationik mempunyai fungsi yang baik seperti pensterilan, pelembutan,antistatik, dan sifat anti-karat, serta sifat pengemulsi dan pembasahan tertentu. Ia juga sering digunakan sebagai pemangkin pemindahan fasa. Walau bagaimanapun, surfaktan jenis ini jarang digunakan secara bersendirian sebagai detergen. Kerana permukaan banyak substrat dalam larutan akueus, terutamanya dalam larutan akueus alkali, biasanya membawa cas negatif. Semasa aplikasi, surfaktan bercas positif akan tersusun di permukaan substrat dengan kumpulan hidrofilik ke dalam dan kumpulan hidrofobik ke luar, menjadikan permukaan substrat hidrofobik, yang tidak kondusif untuk pencucian dan mungkin juga mempunyai kesan negatif. Di samping itu, medan aplikasi utama surfaktan jenis ini berbeza daripada surfaktan lain, yang digunakan untuk mengurangkan ketegangan permukaan. Sebaliknya, ia menggunakan ciri strukturnya untuk aplikasi khas yang lain.
Masa siaran: 19 Mac 2026