Katiónové povrchovo aktívne látky sú prevažne deriváty organických amínov obsahujúce dusík. Keďže atóm dusíka v ich molekulách obsahuje voľný elektrónový pár, môže sa spojiť s vodíkom v molekulách kyselín prostredníctvom vodíkových väzieb, čo spôsobuje, že aminoskupina nesie kladný náboj. Preto vykazujú dobrú povrchovú aktivitu iba v kyslom prostredí; v alkalickom prostredí majú tendenciu sa zrážať a strácať svoju povrchovú aktivitu. Okrem katiónových povrchovo aktívnych látok obsahujúcich dusík existuje aj malá časť katiónových povrchovo aktívnych látok obsahujúcich prvky, ako je síra, fosfor a arzén.
1. Stav vývoja
Katiónové povrchovo aktívne látky sa v priemysle dlhodobo široko nepoužívajú a ich dopyt z roka na rok rýchlo rastie. Keďže však ich hlavné využitie spočíva v špeciálnych aplikáciách, ako sú fungicídy, zmäkčovače vlákien a antistatické činidlá, ich používanie je v porovnaní s aniónovými a neiónovými povrchovo aktívnymi látkami relatívne menšie.
Katiónové povrchovo aktívne látky majú vo všeobecnosti dobré vlastnosti, ako je emulgácia, zmáčanie, umývanie, sterilizácia, zmäkčovanie, antistatické a antikorózne účinky. Vďaka svojim špeciálnym vlastnostiam a použitiu majú dobrý rozvojový potenciál. S rozširovaním rozsahu priemyselných a civilných aplikácií sa ich rozmanitosť a dopyt budú naďalej zvyšovať.
2. Klasifikácia
Väčšina katiónových povrchovo aktívnych látok s komerčnou hodnotou sú deriváty organických zlúčenín dusíka, kde kladný náboj nesú atómy dusíka. Existujú aj nové typy katiónových povrchovo aktívnych látok, kde kladný náboj nesú atómy, ako je fosfor, síra, jód a arzén. Podľa chemickej štruktúry katiónových povrchovo aktívnych látok ich možno rozdeliť do štyroch kategórií: typ amínových solí, typ kvartérnych amóniových solí a typ heterocyklických látok.
Katiónové povrchovo aktívne látky typu amínových solí sú všeobecným pojmom pre povrchovo aktívne látky typu primárne amínové soli, sekundárne amínové soli a terciárne amínové soli. Ich vlastnosti sú si veľmi podobné a mnohé produkty sú zmesami primárnych a sekundárnych amínov. Tento typ povrchovo aktívnych látok sú prevažne soli tvorené mastnými amínmi a anorganickými kyselinami a sú rozpustné iba v kyslých roztokoch. V zásaditých podmienkach amínové soli ľahko reagujú s alkáliami za vzniku voľných amínov, čo znižuje ich rozpustnosť, a tým do určitej miery obmedzuje ich rozsah použitia.
Katiónové povrchovo aktívne látky typu kvartérnych amóniových solí sú najdôležitejším typom katiónových povrchovo aktívnych látok, ktorých vlastnosti a metódy prípravy sa líšia od vlastností a metód prípravy povrchovo aktívnych látok typu amínových solí. Takéto povrchovo aktívne látky sa dokážu rozpustiť v kyslých aj zásaditých roztokoch, majú rad vynikajúcich vlastností a sú dobre znášanlivé s inými typmi povrchovo aktívnych látok. Preto majú relatívne široké spektrum použitia.
Heterocyklický typ
Heterocyklické kruhy obsiahnuté v molekulách katiónových povrchovo aktívnych látok sú prevažne dusíkaté kruhy, ako napríklad morfolínový kruh, pyridínový kruh, imidazolový kruh, piperazínový kruh a chinolínový kruh.
3. Syntéza
Hlavnou reakciou pri syntéze katiónových povrchovo aktívnych látok je N-alkylačná reakcia. Medzi nimi sa reakcia, pri ktorej terciárne amíny reagujú s alkylačnými činidlami za vzniku kvartérnych amóniových solí, nazýva aj kvarternizujúca reakcia.
Alkylová kvartérna amóniová soľ
Alkylové kvartérne amóniové soli sú jednou z dôležitých odrôd katiónových povrchovo aktívnych látok typu kvartérnych amóniových solí a široko sa používajú ako fungicídy, zmäkčovadlá vlákien, flotačné činidlá minerálov, emulgátory atď. Ich štrukturálnym znakom je, že atóm dusíka je spojený so štyrmi alkylovými skupinami, to znamená, že všetky štyri atómy vodíka amónneho iónu sú nahradené alkylovými skupinami. Zvyčajne iba jedna alebo dve z týchto alkylových skupín sú dlhé reťazce uhľovodíkových alkylových skupín a zvyšné alkylové skupiny majú jeden alebo dva atómy uhlíka. Podľa ich štrukturálnych charakteristík existujú hlavne tri metódy syntézy alkylových kvartérnych amóniových solí: príprava reakciou vyšších alkylhalogenidov s nižšími terciárnymi amínmi, príprava reakciou vyšších alkylamínov s nižšími alkylhalogenidmi a príprava metódou formaldehyd-kyselina mravčia.
Kvartérne amóniové soli obsahujúce heteroatómy
Takzvané kvartérne amóniové soli obsahujúce heteroatómy sa tu vo všeobecnosti vzťahujú na kvartérne amóniové soli, ktoré obsahujú heteroatómy, ako napríklad O, N a S vo svojich hydrofóbnych uhľovodíkových reťazcoch, teda povrchovo aktívne látky, ktoré obsahujú amidové väzby, éterové väzby, esterové väzby alebo tioéterové väzby vo svojich lipofilných skupinách. Keďže hydrofilná kvartérna amóniová katiónová skupina a alkylová hydrofóbna skupina sú spojené prostredníctvom skupín, ako sú amidové, esterové, éterové alebo tioéterové, a nie priamo, niektorí ľudia takéto kvartérne amóniové soli označujú aj ako nepriamo viazané katiónové povrchovo aktívne látky.
Kvartérne amóniové soli obsahujúce benzénové kruhy
Tento typ povrchovo aktívnej látky sa okrem iného používa hlavne ako baktericíd, penidlo, zmáčadlo a fixačné činidlo farbív. V procese syntézy je hlavnou metódou zavedenia aromatických kruhov použitie benzylchloridu ako alkylačného činidla na reakciu s terciárnymi amínmi. Benzylchlorid sa pripravuje chloračnou reakciou bočného reťazca toluénu. Aby sa zabránilo chlorácii benzénového kruhu, je potrebné túto reakciu vykonávať v smaltovanom kotli alebo v reaktore so sklenenou výstelkou.
Kvartérne amóniové soli obsahujúce heterocykly
Heterocyklické kruhy obsiahnuté v molekulách kvartérnych amóniových solí sú hlavne morfolínový kruh, piperazínový kruh, pyridínový kruh, chinolínový kruh a imidazolový kruh atď.
Atyp banskej soli
Katiónové povrchovo aktívne látky typu amínových solí zahŕňajú hlavne tri hlavné kategórie: primárne amínové soli s dlhým reťazcom alkylových solí, sekundárne amínové soli a terciárne amínové soli.
4. Aplikácia
Katiónové povrchovo aktívne látky majú dobré funkcie, ako je sterilizácia, zmäkčovanie,antistatický, a antikorózne vlastnosti, ako aj určité emulgačné a zmáčacie vlastnosti. Často sa tiež používajú ako katalyzátory fázového prenosu. Tento typ povrchovo aktívnej látky sa však zriedka používa samostatne ako detergent. Pretože povrch mnohých substrátov vo vodných roztokoch, najmä v alkalických vodných roztokoch, zvyčajne nesie záporný náboj. Počas aplikácie sa kladne nabitá povrchovo aktívna látka usporiada na povrchu substrátu s hydrofilnými skupinami smerom dovnútra a hydrofóbnymi skupinami smerom von, čím sa povrch substrátu stane hydrofóbnym, čo nevedie k praniu a môže mať dokonca negatívne účinky. Okrem toho sa hlavné oblasti použitia tohto typu povrchovo aktívnych látok líšia od iných povrchovo aktívnych látok, ktoré sa používajú na zníženie povrchového napätia. Namiesto toho využívajú svoje štrukturálne vlastnosti na iné špeciálne aplikácie.
Čas uverejnenia: 19. marca 2026