Kationiske overflateaktive stoffer er hovedsakelig nitrogenholdige organiske aminderivater. Siden nitrogenatomet i molekylene deres inneholder et ensomt elektronpar, kan det binde seg til hydrogenet i syremolekyler gjennom hydrogenbindinger, noe som får aminogruppen til å bære en positiv ladning. Derfor viser de bare god overflateaktivitet i sure medier; i alkaliske medier har de en tendens til å utfelle og miste overflateaktiviteten sin. I tillegg til nitrogenholdige kationiske overflateaktive stoffer, er det også en liten andel kationiske overflateaktive stoffer som inneholder elementer som svovel, fosfor og arsenikk.
1. Utviklingsstatus
Kationiske overflateaktive stoffer har ikke vært mye brukt i industrien på lenge, og etterspørselen etter dem har vokst raskt år for år. Men fordi hovedbruksområdene deres er spesielle formål som soppdrepende midler, fibermyknere og antistatiske midler, er bruken av dem relativt mindre sammenlignet med anioniske og ikke-ioniske overflateaktive stoffer.
Kationiske overflateaktive stoffer har generelt gode egenskaper som emulgering, fukting, vasking, sterilisering, mykgjøring, antistatisk effekt og korrosjonshemmende egenskaper. På grunn av deres spesielle egenskaper og anvendelser har de et godt utviklingspotensial. Etter hvert som omfanget av industrielle og sivile anvendelser fortsetter å utvides, vil variantene og etterspørselen deres fortsette å øke.
2. Klassifisering
De fleste kationiske overflateaktive stoffer med kommersiell verdi er derivater av organiske nitrogenforbindelser, hvor den positive ladningen bæres av nitrogenatomer. Det finnes også noen nye typer kationiske overflateaktive stoffer hvor den positive ladningen bæres av atomer som fosfor, svovel, jod og arsenikk. I henhold til den kjemiske strukturen til kationiske overflateaktive stoffer kan de hovedsakelig deles inn i fire kategorier: aminsalttype, kvaternær ammoniumsalttype og heterosyklisk type.
Kationiske overflateaktive stoffer av aminsalttypen er en generell betegnelse for primære aminsalter, sekundære aminsalter og tertiære aminsalter. Egenskapene deres er svært like, og mange produkter er blandinger av primære aminer og sekundære aminer. Denne typen overflateaktivt middel er hovedsakelig salter dannet av fettaminer og uorganiske syrer, og er bare løselig i sure løsninger. Under alkaliske forhold reagerer aminsalter lett med alkalier for å danne frie aminer, noe som reduserer løseligheten deres og dermed begrenser anvendelsesområdet til en viss grad.
Kationiske overflateaktive stoffer av kvaternær ammoniumsalttype er den viktigste typen kationiske overflateaktive stoffer, med egenskaper og fremstillingsmetoder som er forskjellige fra de til aminsalttypene. Slike overflateaktive stoffer kan løses opp i både sure og alkaliske løsninger, har en rekke utmerkede egenskaper og har god kompatibilitet med andre typer overflateaktive stoffer. Derfor har de et relativt bredt bruksområde.
Heterosyklisk type
De heterosykliske ringene som finnes i kationiske overflateaktive molekyler er hovedsakelig nitrogenholdige ringer, slik som morfolinring, pyridinring, imidazolring, piperazinring og kinolinring.
3. Syntese
Hovedreaksjonen for syntetisering av kationiske overflateaktive stoffer er N-alkyleringsreaksjonen. Blant disse kalles reaksjonen der tertiære aminer reagerer med alkyleringsmidler for å danne kvaternære ammoniumsalter også kvaterniseringsreaksjon.
Alkyl kvaternært ammoniumsalt
Alkyl-kvaternære ammoniumsalter er en av de viktigste variantene av kationiske overflateaktive stoffer av typen kvaternære ammoniumsalt, og har blitt mye brukt som soppdrepende midler, fibermyknere, mineralflotasjonsmidler, emulgatorer, etc. Deres strukturelle trekk er at nitrogenatomet er forbundet med fire alkylgrupper, det vil si at alle fire hydrogenatomene i ammoniumionet er erstattet av alkylgrupper. Vanligvis er bare én eller to av disse alkylgruppene langkjedede hydrokarbonalkylgrupper, og de resterende alkylgruppene har ett eller to karbonatomer. I henhold til deres strukturelle egenskaper finnes det hovedsakelig tre syntesemetoder for alkyl-kvaternære ammoniumsalter: fremstilt ved reaksjon av høyere alkylhalogenider med lavere tertiære aminer, fremstilt ved reaksjon av høyere alkylaminer med lavere alkylhalogenider, og fremstilt ved formaldehyd-maursyremetoden.
Kvartære ammoniumsalter som inneholder heteroatomer
De såkalte kvaternære ammoniumsaltene som inneholder heteroatomer refererer her generelt til kvaternære ammoniumsalter som inneholder heteroatomer som O, N og S i sine hydrofobe hydrokarbonkjeder, det vil si overflateaktive stoffer som inneholder amidbindinger, eterbindinger, esterbindinger eller tioeterbindinger i sine lipofile grupper. Siden den hydrofile kvaternære ammoniumkationgruppen og den hydrofobe alkylgruppen er forbundet gjennom grupper som amid, ester, eter eller tioeter i stedet for å være direkte koblet, refererer noen også til slike kvaternære ammoniumsalter som indirekte koblede kationiske overflateaktive stoffer.
Kvartære ammoniumsalter som inneholder benzenringer
Denne typen overflateaktivt middel brukes hovedsakelig som baktericid, skummiddel, fuktemiddel og fargestofffikseringsmiddel, blant annet. I synteseprosessen er hovedmetoden for å introdusere aromatiske ringer å bruke benzylklorid som et alkyleringsreagens for å reagere med tertiære aminer. Benzylklorid fremstilles ved sidekjedekloreringsreaksjon av toluen. For å unngå klorering på benzenringen må denne reaksjonen utføres i en emaljert kjele eller en glassforet tårnreaktor.
Kvartære ammoniumsalter som inneholder heterosykler
De heterosykliske ringene som finnes i kvaternære ammoniumsaltmolekyler er hovedsakelig morfolinring, piperazinring, pyridinring, kinolinring og imidazolring, etc.
Agruvesalttype
Kationiske overflateaktive stoffer av aminsalttypen omfatter hovedsakelig tre hovedkategorier: langkjedede alkyl-primære aminsalter, sekundære aminsalter og tertiære aminsalter.
4. Søknad
Kationiske overflateaktive stoffer har gode funksjoner som sterilisering, mykgjøring,antistatisk, og antikorrosjonsegenskaper, samt visse emulgerende og fuktende egenskaper. De brukes også ofte som faseoverføringskatalysatorer. Denne typen overflateaktivt middel brukes imidlertid sjelden alene som vaskemiddel. Fordi overflaten til mange substrater i vandige løsninger, spesielt i alkaliske vandige løsninger, vanligvis har en negativ ladning. Under påføring vil det positivt ladede overflateaktive stoffet legge seg på substratoverflaten med de hydrofile gruppene innover og de hydrofobe gruppene utover, noe som gjør substratoverflaten hydrofob, noe som ikke er gunstig for vask og kan til og med ha negative effekter. I tillegg er de viktigste bruksområdene for denne typen overflateaktivt middel forskjellige fra andre overflateaktive stoffer, som brukes til å redusere overflatespenning. I stedet bruker de sine strukturelle egenskaper til andre spesielle bruksområder.
Publisert: 19. mars 2026