Agenții tensioactivi cationici sunt în principal derivați organici de amină care conțin azot. Deoarece atomul de azot din moleculele lor conține o pereche singulară de electroni, acesta se poate combina cu hidrogenul din moleculele de acid prin legături de hidrogen, determinând gruparea amino să poarte o sarcină pozitivă. Prin urmare, aceștia prezintă o activitate de suprafață bună doar în medii acide; în medii alcaline, tind să precipite și să-și piardă activitatea de suprafață. Pe lângă agenții tensioactivi cationici care conțin azot, există și o mică parte din agenții tensioactivi cationici care conțin elemente precum sulf, fosfor și arsenic.
1. Stadiul de dezvoltare
Agenții tensioactivi cationici nu au fost utilizați pe scară largă în industrie de mult timp, iar cererea lor a crescut rapid de la an la an. Cu toate acestea, deoarece principalele lor aplicații sunt în utilizări speciale, cum ar fi fungicide, emolienți de fibre și agenți antistatici, utilizarea lor este relativ mai mică în comparație cu agenții tensioactivi anionici și neionici.
Agenții tensioactivi cationici au, în general, proprietăți bune, cum ar fi emulsionarea, umectarea, spălarea, sterilizarea, înmuierea, antistaticitatea și anticoroziunea. Datorită proprietăților și aplicațiilor lor speciale, aceștia au un potențial bun de dezvoltare. Pe măsură ce domeniul de aplicare industrial și civil continuă să se extindă, varietățile și cererea lor vor continua să crească.
2. Clasificare
Majoritatea surfactanților cationici cu valoare comercială sunt derivați ai compușilor organici cu azot, în care sarcina pozitivă este purtată de atomii de azot. Există, de asemenea, câteva tipuri noi de surfactanți cationici în care sarcina pozitivă este purtată de atomi precum fosforul, sulful, iodul și arsenicul. Conform structurii chimice a surfactanților cationici, aceștia pot fi împărțiți în principal în patru categorii: tipul de sare amină, tipul de sare cuaternară de amoniu și tipul heterociclic.
Surfactanții cationici de tip sare amină sunt un termen general pentru surfactanții de tip sare amină primară, sare amină secundară și sare amină terțiară. Proprietățile lor sunt extrem de similare, iar multe produse sunt amestecuri de amine primare și amine secundare. Acest tip de surfactant este în principal săruri formate de amine grase și acizi anorganici și este solubil doar în soluții acide. În condiții alcaline, sărurile aminici reacționează ușor cu alcalii pentru a forma amine libere, ceea ce le reduce solubilitatea, limitând astfel într-o anumită măsură domeniul lor de aplicare.
Tip de sare cuaternară de amoniu
Surfactanții cationici de tip sare cuaternară de amoniu sunt cel mai important tip de surfactanți cationici, cu proprietăți și metode de preparare diferite de cele ale celor de tip sare amină. Acești surfactanți se pot dizolva atât în soluții acide, cât și alcaline, posedă o serie de proprietăți excelente și au o bună compatibilitate cu alte tipuri de surfactanți. Prin urmare, au o gamă relativ largă de aplicații.
Htip eterociclic
Inelele heterociclice conținute în moleculele de surfactant cationic sunt în principal cele care conțin azot, cum ar fi inelul morfolină, inelul piridinic, inelul imidazol, inelul piperazină și inelul chinolină.
3. Sinteză
Principala reacție de sinteză a surfactanților cationici este reacția de N-alchilare. Printre acestea, reacția în care aminele terțiare reacționează cu agenții de alchilare pentru a forma săruri cuaternare de amoniu se numește și reacție de cuaternizare.
Sare de alchil amoniu cuaternar
Sărurile cuaternare de alchil amoniu sunt una dintre varietățile importante de surfactanți cationici de tip sare cuaternară de amoniu și au fost utilizate pe scară largă ca fungicide, emolienți pentru fibre, agenți de flotație minerală, emulgatori etc. Caracteristica lor structurală este aceea că atomul de azot este conectat cu patru grupări alchil, adică toți cei patru atomi de hidrogen ai ionului de amoniu sunt înlocuiți cu grupări alchil. De obicei, doar una sau două dintre aceste grupări alchil sunt grupări alchil hidrocarbonate cu lanț lung, iar grupările alchil rămase au unul sau doi atomi de carbon. Conform caracteristicilor lor structurale, există în principal trei metode de sinteză pentru sărurile cuaternare de alchil amoniu: preparate prin reacția halogenurilor de alchil superioare cu amine terțiare inferioare, preparate prin reacția aminelor alchil superioare cu halogenuri de alchil inferioare și preparate prin metoda formaldehidă-acid formic.
Săruri cuaternare de amoniu care conțin heteroatomi
Așa-numitele săruri cuaternare de amoniu care conțin heteroatomi se referă în general la săruri cuaternare de amoniu care conțin heteroatomi precum O, N și S în lanțurile lor hidrofobe, adică surfactanți care conțin legături amidice, legături eterice, legături esterice sau legături tioerice în grupările lor lipofile. Deoarece gruparea cationică hidrofilă de amoniu cuaternar și gruparea alchil hidrofobă sunt conectate prin grupări precum amidă, ester, eter sau tioeter, în loc să fie legate direct, unii oameni se referă la astfel de săruri cuaternare de amoniu și ca surfactanți cationici legați indirect.
Săruri cuaternare de amoniu care conțin inele benzenice
Acest tip de surfactant este utilizat în principal ca bactericid, agent de spumare, agent de umectare și agent de fixare a coloranților, printre altele. În procesul de sinteză, principala metodă de introducere a inelelor aromatice este utilizarea clorurii de benzil ca reactiv de alchilare pentru a reacționa cu aminele terțiare. Clorura de benzil este preparată prin reacția de clorurare a lanțului lateral al toluenului. Pentru a evita clorurarea pe inelul benzenic, această reacție trebuie efectuată într-un cazan emailat sau într-un reactor turn cu căptușeală de sticlă.
Săruri cuaternare de amoniu care conțin heterocicluri
Inelele heterociclice conținute în moleculele de sare cuaternară de amoniu sunt în principal inele morfoline, inele piperazinici, inele piridinice, inele chinoline și inele imidazolice etc.
Atip de sare de mină
Surfactanții cationici de tip sare amină includ în principal trei categorii majore: săruri de amine primare alchilice cu lanț lung, săruri de amine secundare și săruri de amine terțiare.
4. Aplicație
Agenții tensioactivi cationici au funcții bune, cum ar fi sterilizarea, înmuierea,antistatic...și proprietăți anticorozive, precum și anumite proprietăți de emulsionare și umectare. De asemenea, sunt adesea utilizați ca și catalizatori de transfer de fază. Cu toate acestea, acest tip de surfactant este rareori utilizat singur ca detergent. Deoarece suprafața multor substraturi în soluții apoase, în special în soluții apoase alcaline, poartă de obicei o sarcină negativă. În timpul aplicării, surfactantul încărcat pozitiv se va aranja pe suprafața substratului cu grupările hidrofile spre interior și grupările hidrofobe spre exterior, făcând suprafața substratului hidrofobă, ceea ce nu este propice spălării și poate avea chiar efecte negative. În plus, principalele domenii de aplicare ale acestui tip de surfactant sunt diferite de ale altor surfactanți, care sunt utilizați pentru a reduce tensiunea superficială. În schimb, își utilizează caracteristicile structurale pentru alte aplicații speciale.
Data publicării: 19 martie 2026