Kationische oppervlakteactieve stoffen zijn voornamelijk stikstofhoudende organische aminederivaten. Omdat het stikstofatoom in hun moleculen een vrij elektronenpaar bevat, kan het via waterstofbruggen een binding aangaan met het waterstofatoom in zure moleculen, waardoor de aminogroep een positieve lading krijgt. Daarom vertonen ze alleen een goede oppervlakteactiviteit in zure media; in alkalische media hebben ze de neiging te precipiteren en hun oppervlakteactiviteit te verliezen. Naast stikstofhoudende kationische oppervlakteactieve stoffen bestaat er ook een klein deel van de kationische oppervlakteactieve stoffen die elementen zoals zwavel, fosfor en arseen bevatten.
1. Ontwikkelingsstatus
Kationische oppervlakteactieve stoffen worden al lange tijd niet veel in de industrie gebruikt, maar de vraag ernaar neemt jaar na jaar snel toe. Omdat ze echter voornamelijk worden toegepast in speciale toepassingen zoals fungiciden, vezelverzachters en antistatische middelen, is hun gebruik relatief lager in vergelijking met anionische en niet-ionische oppervlakteactieve stoffen.
Kationische oppervlakteactieve stoffen hebben over het algemeen goede eigenschappen zoals emulgering, bevochtiging, reiniging, sterilisatie, verzachting, antistatische werking en corrosiebestendigheid. Dankzij hun bijzondere eigenschappen en toepassingen hebben ze een groot ontwikkelingspotentieel. Naarmate het toepassingsgebied in de industrie en de civiele sector zich verder uitbreidt, zullen de variëteiten en de vraag ernaar blijven toenemen.
2. Classificatie
De meeste commercieel waardevolle kationische oppervlakteactieve stoffen zijn afgeleid van organische stikstofverbindingen, waarbij de positieve lading wordt gedragen door stikstofatomen. Er bestaan ook enkele nieuwe typen kationische oppervlakteactieve stoffen waarbij de positieve lading wordt gedragen door atomen zoals fosfor, zwavel, jodium en arseen. Op basis van hun chemische structuur kunnen kationische oppervlakteactieve stoffen hoofdzakelijk in vier categorieën worden ingedeeld: aminezouten, quaternaire ammoniumzouten en heterocyclische stoffen.
Aminezout-type kationische oppervlakteactieve stoffen is een algemene term voor primaire, secundaire en tertiaire aminezout-oppervlakteactieve stoffen. Hun eigenschappen zijn zeer vergelijkbaar en veel producten zijn mengsels van primaire en secundaire aminen. Dit type oppervlakteactieve stof bestaat voornamelijk uit zouten gevormd door vetaminen en anorganische zuren en is alleen oplosbaar in zure oplossingen. Onder alkalische omstandigheden reageren aminezouten gemakkelijk met basen tot vrije aminen, waardoor hun oplosbaarheid afneemt en hun toepassingsgebied tot op zekere hoogte wordt beperkt.
Quaternaire ammoniumzout-type kationische oppervlakteactieve stoffen zijn het belangrijkste type kationische oppervlakteactieve stoffen, met eigenschappen en bereidingsmethoden die verschillen van die van aminezout-type stoffen. Dergelijke oppervlakteactieve stoffen lossen op in zowel zure als alkalische oplossingen, bezitten een reeks uitstekende eigenschappen en zijn goed compatibel met andere typen oppervlakteactieve stoffen. Daarom hebben ze een relatief breed toepassingsgebied.
Hheterocyclisch type
De heterocyclische ringen in kationische oppervlakteactieve moleculen bevatten voornamelijk stikstof, zoals de morfolinering, pyridinering, imidazoolring, piperazinering en chinolinering.
3. Synthese
De belangrijkste reactie voor de synthese van kationische oppervlakteactieve stoffen is de N-alkyleringsreactie. De reactie waarbij tertiaire aminen reageren met alkyleringsmiddelen om quaternaire ammoniumzouten te vormen, wordt ook wel quaterniseringsreactie genoemd.
Alkyl quaternair ammoniumzout
Alkylquaternair ammoniumzouten vormen een belangrijke variëteit aan kationische oppervlakteactieve stoffen van het quaternair ammoniumzouttype en worden veelvuldig gebruikt als fungiciden, vezelverzachters, flotatiemiddelen voor mineralen, emulgatoren, enzovoort. Hun structurele kenmerk is dat het stikstofatoom verbonden is met vier alkylgroepen, wat betekent dat alle vier waterstofatomen van het ammoniumion vervangen zijn door alkylgroepen. Meestal zijn slechts één of twee van deze alkylgroepen lange koolwaterstofketens, terwijl de overige alkylgroepen één of twee koolstofatomen bevatten. Op basis van hun structurele kenmerken zijn er hoofdzakelijk drie synthesemethoden voor alkylquaternair ammoniumzouten: bereiding door de reactie van hogere alkylhalogeniden met lagere tertiaire aminen, bereiding door de reactie van hogere alkylaminen met lagere alkylhalogeniden, en bereiding via de formaldehyde-mierenzuurmethode.
Quaternaire ammoniumzouten die heteroatomen bevatten
De zogenaamde quaternaire ammoniumzouten met heteroatomen verwijzen hier over het algemeen naar quaternaire ammoniumzouten die heteroatomen zoals O, N en S in hun hydrofobe koolwaterstofketens bevatten, oftewel oppervlakteactieve stoffen die amidebindingen, etherbindingen, esterbindingen of thioetherbindingen in hun lipofiele groepen bevatten. Omdat de hydrofiele quaternaire ammoniumkationgroep en de hydrofobe alkylgroep met elkaar verbonden zijn via groepen zoals amide, ester, ether of thioether in plaats van rechtstreeks gekoppeld te zijn, worden dergelijke quaternaire ammoniumzouten soms ook wel indirect gekoppelde kationische oppervlakteactieve stoffen genoemd.
Quaternaire ammoniumzouten met benzeenringen
Dit type oppervlakteactieve stof wordt voornamelijk gebruikt als bactericide, schuimmiddel, bevochtigingsmiddel en kleurstoffixeermiddel, naast andere toepassingen. Bij de synthese is de belangrijkste methode voor het introduceren van aromatische ringen het gebruik van benzylchloride als alkyleringsreagens in reactie met tertiaire aminen. Benzylchloride wordt bereid door de zijketenchloreringsreactie van tolueen. Om chlorering van de benzeenring te voorkomen, moet deze reactie worden uitgevoerd in een geëmailleerde ketel of een met glas beklede torenreactor.
Quaternaire ammoniumzouten die heterocyclische verbindingen bevatten
De heterocyclische ringen in quaternaire ammoniumzoutmoleculen bestaan hoofdzakelijk uit morfolinering, piperazinering, pyridinering, chinolinering en imidazoolring, enzovoort.
Amijnzoutsoort
Kationische oppervlakteactieve stoffen van het aminezouttype vallen hoofdzakelijk in drie categorieën: primaire aminezouten met lange alkylketens, secundaire aminezouten en tertiaire aminezouten.
4. Toepassing
Kationische oppervlakteactieve stoffen hebben goede eigenschappen zoals sterilisatie en verzachting.antistatischZe bezitten anticorrosieve eigenschappen, evenals bepaalde emulgerende en bevochtigende eigenschappen. Ze worden ook vaak gebruikt als faseoverdrachtskatalysatoren. Dit type oppervlakteactieve stof wordt echter zelden alleen als reinigingsmiddel gebruikt. Omdat het oppervlak van veel substraten in waterige oplossingen, met name in alkalische waterige oplossingen, meestal een negatieve lading draagt. Tijdens het aanbrengen zal de positief geladen oppervlakteactieve stof zich op het substraatoppervlak rangschikken met de hydrofiele groepen naar binnen en de hydrofobe groepen naar buiten, waardoor het substraatoppervlak hydrofoob wordt. Dit is niet bevorderlijk voor het reinigen en kan zelfs negatieve effecten hebben. Bovendien verschillen de belangrijkste toepassingsgebieden van dit type oppervlakteactieve stof van die van andere oppervlakteactieve stoffen, die worden gebruikt om de oppervlaktespanning te verlagen. In plaats daarvan benutten ze hun structurele eigenschappen voor andere specifieke toepassingen.
Geplaatst op: 19 maart 2026