Os surfactantes catiônicos são principalmente derivados de aminas orgânicas que contêm nitrogênio. Como o átomo de nitrogênio em suas moléculas possui um par de elétrons não compartilhados, ele pode se combinar com o hidrogênio em moléculas ácidas por meio de ligações de hidrogênio, fazendo com que o grupo amino adquira uma carga positiva. Portanto, eles exibem boa atividade superficial apenas em meio ácido; em meio alcalino, tendem a precipitar e perder sua atividade superficial. Além dos surfactantes catiônicos nitrogenados, existe também uma pequena parcela de surfactantes catiônicos contendo elementos como enxofre, fósforo e arsênio.
1. Estado de desenvolvimento
Os tensoativos catiônicos não são amplamente utilizados na indústria há muito tempo, e sua demanda tem crescido rapidamente ano após ano. No entanto, como suas principais aplicações são em usos específicos, como fungicidas, amaciantes de fibras e agentes antiestáticos, seu uso é relativamente menor em comparação com os tensoativos aniônicos e não iônicos.
Os tensoativos catiônicos geralmente apresentam boas propriedades, como emulsificação, molhagem, lavagem, esterilização, amolecimento, ação antiestática e anticorrosiva. Devido às suas propriedades e aplicações especiais, possuem grande potencial de desenvolvimento. À medida que o escopo de aplicações industriais e civis continua a se expandir, sua variedade e demanda também aumentarão.
2. Classificação
A maioria dos surfactantes catiônicos com valor comercial são derivados de compostos orgânicos nitrogenados, nos quais a carga positiva é proveniente de átomos de nitrogênio. Existem também alguns novos tipos de surfactantes catiônicos em que a carga positiva é proveniente de átomos como fósforo, enxofre, iodo e arsênio. De acordo com a estrutura química, os surfactantes catiônicos podem ser divididos principalmente em quatro categorias: tipo sal de amina, tipo sal de amônio quaternário e tipo heterocíclico.
Surfactantes catiônicos do tipo sal de amina são um termo geral para surfactantes de sais de amina primária, secundária e terciária. Suas propriedades são extremamente semelhantes, e muitos produtos são misturas de aminas primárias e secundárias. Esse tipo de surfactante é composto principalmente por sais formados por aminas graxas e ácidos inorgânicos, sendo solúvel apenas em soluções ácidas. Em condições alcalinas, os sais de amina reagem facilmente com álcalis, formando aminas livres, o que reduz sua solubilidade e, consequentemente, limita seu escopo de aplicação.
Tipo de sal de amônio quaternário
Os surfactantes catiônicos do tipo sal de amônio quaternário são o tipo mais importante de surfactantes catiônicos, com propriedades e métodos de preparação diferentes dos surfactantes do tipo sal de amina. Esses surfactantes podem se dissolver tanto em soluções ácidas quanto alcalinas, possuem uma série de excelentes propriedades e apresentam boa compatibilidade com outros tipos de surfactantes. Portanto, possuem uma gama relativamente ampla de aplicações.
Htipo eterocíclico
Os anéis heterocíclicos presentes nas moléculas de surfactantes catiônicos são principalmente anéis nitrogenados, como o anel de morfolina, o anel de piridina, o anel de imidazol, o anel de piperazina e o anel de quinolina.
3. Síntese
A principal reação para a síntese de surfactantes catiônicos é a reação de N-alquilação. Dentre elas, a reação na qual aminas terciárias reagem com agentes alquilantes para formar sais de amônio quaternário também é chamada de reação de quaternização.
sal de amônio quaternário de alquila
Os sais de alquilamônio quaternário são uma das variedades importantes de surfactantes catiônicos do tipo sal de amônio quaternário, sendo amplamente utilizados como fungicidas, amaciantes de fibras, agentes de flotação mineral, emulsificantes, etc. Sua característica estrutural é a ligação do átomo de nitrogênio a quatro grupos alquila, ou seja, todos os quatro átomos de hidrogênio do íon amônio são substituídos por grupos alquila. Normalmente, apenas um ou dois desses grupos alquila são grupos alquila de hidrocarbonetos de cadeia longa, e os grupos alquila restantes possuem um ou dois átomos de carbono. De acordo com suas características estruturais, existem três métodos principais de síntese para sais de alquilamônio quaternário: preparados pela reação de haletos de alquila superiores com aminas terciárias inferiores, preparados pela reação de aminas alquílicas superiores com haletos de alquila inferiores e preparados pelo método formaldeído-ácido fórmico.
Sais de amônio quaternário contendo heteroátomos
Os chamados sais de amônio quaternário contendo heteroátomos geralmente se referem a sais de amônio quaternário que contêm heteroátomos como O, N e S em suas cadeias de hidrocarbonetos hidrofóbicas, ou seja, surfactantes que contêm ligações amida, éter, éster ou tioéter em seus grupos lipofílicos. Como o grupo cátion de amônio quaternário hidrofílico e o grupo alquil hidrofóbico estão conectados por meio de grupos como amida, éster, éter ou tioéter, em vez de estarem diretamente ligados, algumas pessoas também se referem a esses sais de amônio quaternário como surfactantes catiônicos indiretamente ligados.
Sais de amônio quaternário contendo anéis de benzeno
Este tipo de surfactante é usado principalmente como bactericida, agente espumante, agente umectante e fixador de corantes, entre outras aplicações. No processo de síntese, o principal método para introduzir anéis aromáticos é utilizar cloreto de benzila como reagente alquilante para reagir com aminas terciárias. O cloreto de benzila é preparado pela reação de cloração da cadeia lateral do tolueno. Para evitar a cloração do anel benzênico, essa reação precisa ser realizada em um reator de esmalte ou em um reator de coluna revestido de vidro.
Sais de amônio quaternário contendo heterociclos
Os anéis heterocíclicos contidos nas moléculas de sais de amônio quaternário são principalmente anéis de morfolina, piperazina, piridina, quinolina e imidazol, etc.
Atipo de sal de mina
Os surfactantes catiônicos do tipo sal de amina incluem principalmente três categorias principais: sais de amina primária de alquila de cadeia longa, sais de amina secundária e sais de amina terciária.
4. Aplicação
Os surfactantes catiônicos possuem boas funções, como esterilização, amolecimento,antiestáticoOs surfactantes possuem propriedades anticorrosivas, além de certas propriedades emulsificantes e umectantes. Também são frequentemente usados como catalisadores de transferência de fase. No entanto, esse tipo de surfactante raramente é usado isoladamente como detergente. Isso ocorre porque a superfície de muitos substratos em soluções aquosas, especialmente em soluções aquosas alcalinas, geralmente apresenta carga negativa. Durante a aplicação, o surfactante com carga positiva se organiza na superfície do substrato com os grupos hidrofílicos voltados para o interior e os grupos hidrofóbicos para o exterior, tornando a superfície do substrato hidrofóbica, o que não é propício à lavagem e pode até ter efeitos negativos. Além disso, os principais campos de aplicação desse tipo de surfactante são diferentes dos de outros surfactantes, que são usados para reduzir a tensão superficial. Em vez disso, eles utilizam suas características estruturais para outras aplicações específicas.
Data da publicação: 19/03/2026