Katjoniska tensider är huvudsakligen kvävehaltiga organiska aminderivat. Eftersom kväveatomen i deras molekyler innehåller ett ensamt elektronpar kan den binda sig till vätet i syramolekyler genom vätebindningar, vilket gör att aminogruppen bär en positiv laddning. Därför uppvisar de endast god ytaktivitet i sura medier; i alkaliska medier tenderar de att fällas ut och förlora sin ytaktivitet. Förutom kvävehaltiga katjoniska tensider finns det också en liten andel katjoniska tensider som innehåller element som svavel, fosfor och arsenik.
1. Utvecklingsstatus
Katjoniska tensider har inte använts i stor utsträckning inom industrin under lång tid, och efterfrågan på dem har ökat snabbt år för år. Men eftersom deras huvudsakliga tillämpningar är inom speciella användningsområden som fungicider, fibermjukgörare och antistatiska medel, är deras användning relativt mindre jämfört med anjoniska och nonjoniska tensider.
Katjoniska tensider har generellt goda egenskaper såsom emulgering, vätning, tvättning, sterilisering, mjukgöring, antistatik och korrosionsskydd. Tack vare deras speciella egenskaper och tillämpningar har de god utvecklingspotential. I takt med att omfattningen av industriella och civila tillämpningar fortsätter att expandera kommer deras variation och efterfrågan att fortsätta öka.
2. Klassificering
De flesta katjoniska tensider med kommersiellt värde är derivat av organiska kväveföreningar, där den positiva laddningen bärs av kväveatomer. Det finns också några nya typer av katjoniska tensider där den positiva laddningen bärs av atomer såsom fosfor, svavel, jod och arsenik. Enligt den kemiska strukturen hos katjoniska tensider kan de huvudsakligen delas in i fyra kategorier: aminsalttyp, kvaternär ammoniumsalttyp och heterocyklisk typ.
Katjoniska tensider av aminsalttyp är en allmän term för primära aminsalter, sekundära aminsalter och tertiära aminsalter. Deras egenskaper är extremt lika, och många produkter är blandningar av primära aminer och sekundära aminer. Denna typ av tensid är huvudsakligen salter som bildas av fettaminer och oorganiska syror, och är endast lösliga i sura lösningar. Under alkaliska förhållanden reagerar aminsalter lätt med alkalier för att bilda fria aminer, vilket minskar deras löslighet och därmed begränsar deras användningsområde i viss mån.
Katjoniska tensider av kvaternära ammoniumsalttyper är den viktigaste typen av katjoniska tensider, med egenskaper och framställningsmetoder som skiljer sig från de för aminsalttyper. Sådana tensider kan lösas upp i både sura och alkaliska lösningar, har en rad utmärkta egenskaper och är goda kompatibiliteter med andra typer av tensider. Därför har de ett relativt brett användningsområde.
Heterocyklisk typ
De heterocykliska ringarna som finns i katjoniska tensidmolekyler är huvudsakligen kväveinnehållande ringar, såsom morfolinring, pyridinring, imidazolring, piperazinring och kinolinring.
3. Syntes
Den huvudsakliga reaktionen för syntetisering av katjoniska tensider är N-alkyleringsreaktionen. Bland dessa kallas även kvaterniseringsreaktionen där tertiära aminer reagerar med alkyleringsmedel för att bilda kvaternära ammoniumsalter.
Alkyl kvaternärt ammoniumsalt
Alkylkvaternära ammoniumsalter är en av de viktiga varianterna av kvaternära ammoniumsalt-typ katjoniska tensider och har använts i stor utsträckning som fungicider, fibermjukgörare, mineralflotationsmedel, emulgeringsmedel etc. Deras strukturella särdrag är att kväveatomen är bunden till fyra alkylgrupper, det vill säga att alla fyra väteatomer i ammoniumjonen är ersatta av alkylgrupper. Vanligtvis är endast en eller två av dessa alkylgrupper långkedjiga kolvätealkylgrupper, och de återstående alkylgrupperna har en eller två kolatomer. Enligt deras strukturella egenskaper finns det huvudsakligen tre syntesmetoder för alkylkvaternära ammoniumsalter: framställda genom reaktion av högre alkylhalider med lägre tertiära aminer, framställda genom reaktion av högre alkylaminer med lägre alkylhalider och framställda med formaldehyd-myrsyrametoden.
Kvartära ammoniumsalter innehållande heteroatomer
De så kallade kvaternära ammoniumsalterna som innehåller heteroatomer avser här generellt kvaternära ammoniumsalter som innehåller heteroatomer såsom O, N och S i sina hydrofoba kolvätekedjor, det vill säga tensider som innehåller amidbindningar, eterbindningar, esterbindningar eller tioeterbindningar i sina lipofila grupper. Eftersom den hydrofila kvaternära ammoniumkatjongruppen och den hydrofoba alkylgruppen är sammankopplade genom grupper såsom amid, ester, eter eller tioeter snarare än att vara direkt sammankopplade, refererar vissa personer även till sådana kvaternära ammoniumsalter som indirekt sammankopplade katjoniska tensider.
Kvartära ammoniumsalter innehållande bensenringar
Denna typ av tensid används huvudsakligen som baktericid, skumbildande medel, vätmedel och färgfixeringsmedel, bland annat. I syntesprocessen är den huvudsakliga metoden för att introducera aromatiska ringar att använda bensylklorid som alkyleringsreagens för att reagera med tertiära aminer. Bensylklorid framställs genom sidokedjekloreringsreaktion av toluen. För att undvika klorering på bensenringen krävs att denna reaktion utförs i en emaljkittel eller en glasfodrad tornreaktor.
Kvartära ammoniumsalter innehållande heterocykler
De heterocykliska ringarna som finns i kvaternära ammoniumsaltmolekyler är huvudsakligen morfolinring, piperazinring, pyridinring, kinolinring och imidazolring, etc.
Agruvsalttyp
Katjoniska tensider av aminsalttyp omfattar huvudsakligen tre huvudkategorier: långkedjiga alkylprimära aminsalter, sekundära aminsalter och tertiära aminsalter.
4. Tillämpning
Katjoniska tensider har goda funktioner såsom sterilisering, mjukgöring,antistatisk, och korrosionsskyddande egenskaper, såväl som vissa emulgerande och vätande egenskaper. De används också ofta som fasöverföringskatalysatorer. Denna typ av tensid används dock sällan ensamt som rengöringsmedel. Eftersom ytan på många substrat i vattenlösningar, särskilt i alkaliska vattenlösningar, vanligtvis bär en negativ laddning. Under applicering kommer det positivt laddade tensidmedlet att arrangera sig på substratytan med de hydrofila grupperna inåt och de hydrofoba grupperna utåt, vilket gör substratytan hydrofob, vilket inte är gynnsamt för tvättning och till och med kan ha negativa effekter. Dessutom skiljer sig de huvudsakliga användningsområdena för denna typ av tensid från andra tensider, som används för att minska ytspänningen. Istället använder de sina strukturella egenskaper för andra speciella tillämpningar.
Publiceringstid: 19 mars 2026