สารลดแรงตึงผิวประจุบวกส่วนใหญ่เป็นอนุพันธ์ของอะมีนอินทรีย์ที่มีไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบ เนื่องจากอะตอมไนโตรเจนในโมเลกุลมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว จึงสามารถรวมตัวกับไฮโดรเจนในโมเลกุลของกรดผ่านพันธะไฮโดรเจน ทำให้หมู่เอมีนมีประจุบวก ดังนั้นจึงแสดงคุณสมบัติการลดแรงตึงผิวที่ดีเฉพาะในสภาวะกรดเท่านั้น ในสภาวะด่าง สารเหล่านี้มักจะตกตะกอนและสูญเสียคุณสมบัติการลดแรงตึงผิวไป นอกจากสารลดแรงตึงผิวประจุบวกที่มีไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบแล้ว ยังมีสารลดแรงตึงผิวประจุบวกที่มีธาตุอื่นๆ เช่น กำมะถัน ฟอสฟอรัส และสารหนู อยู่ด้วยในปริมาณเล็กน้อย
1. สถานะการพัฒนา
สารลดแรงตึงผิวประจุบวกไม่ได้ถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมอย่างแพร่หลายมาเป็นเวลานานแล้ว แต่ความต้องการก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วทุกปี อย่างไรก็ตาม เนื่องจากส่วนใหญ่ใช้ในงานเฉพาะทาง เช่น สารฆ่าเชื้อรา สารปรับผ้านุ่ม และสารป้องกันไฟฟ้าสถิต การใช้งานจึงค่อนข้างน้อยเมื่อเทียบกับสารลดแรงตึงผิวประจุลบและสารลดแรงตึงผิวที่ไม่มีประจุ
สารลดแรงตึงผิวประจุบวกโดยทั่วไปมีคุณสมบัติที่ดี เช่น การทำให้เป็นอิมัลชัน การทำให้เปียก การซัก การฆ่าเชื้อ การทำให้อ่อนนุ่ม การป้องกันไฟฟ้าสถิต และการป้องกันการกัดกร่อน เนื่องจากคุณสมบัติพิเศษและการใช้งาน จึงมีศักยภาพในการพัฒนาที่ดี เนื่องจากขอบเขตการใช้งานในภาคอุตสาหกรรมและภาคพลเรือนยังคงขยายตัวอย่างต่อเนื่อง ความหลากหลายและความต้องการของสารลดแรงตึงผิวประจุบวกจึงจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง
2. การจำแนกประเภท
สารลดแรงตึงผิวประจุบวกส่วนใหญ่ที่มีมูลค่าทางการค้าเป็นอนุพันธ์ของสารประกอบไนโตรเจนอินทรีย์ โดยที่ประจุบวกเกิดจากอะตอมของไนโตรเจน นอกจากนี้ยังมีสารลดแรงตึงผิวประจุบวกชนิดใหม่บางชนิดที่ประจุบวกเกิดจากอะตอม เช่น ฟอสฟอรัส ซัลเฟอร์ ไอโอดีน และอาร์เซนิก ตามโครงสร้างทางเคมีของสารลดแรงตึงผิวประจุบวก สามารถแบ่งออกได้เป็น 4 ประเภทหลัก ได้แก่ ประเภทเกลืออะมีน ประเภทเกลือควอเทอร์นารีแอมโมเนียม และประเภทเฮเทอโรไซคลิก
สารลดแรงตึงผิวประจุบวกชนิดเกลืออะมีนเป็นคำทั่วไปที่ใช้เรียกสารลดแรงตึงผิวชนิดเกลืออะมีนปฐมภูมิ เกลืออะมีนทุติยภูมิ และเกลืออะมีนตติยภูมิ คุณสมบัติของสารเหล่านี้คล้ายคลึงกันมาก และผลิตภัณฑ์หลายชนิดเป็นส่วนผสมของอะมีนปฐมภูมิและอะมีนทุติยภูมิ สารลดแรงตึงผิวประเภทนี้ส่วนใหญ่เป็นเกลือที่เกิดจากอะมีนไขมันและกรดอนินทรีย์ และละลายได้เฉพาะในสารละลายกรดเท่านั้น ในสภาวะด่าง เกลืออะมีนจะทำปฏิกิริยากับด่างได้ง่ายเพื่อสร้างอะมีนอิสระ ซึ่งลดความสามารถในการละลาย จึงจำกัดขอบเขตการใช้งานในระดับหนึ่ง
สารลดแรงตึงผิวประจุบวกชนิดเกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารีเป็นสารลดแรงตึงผิวประจุบวกที่สำคัญที่สุด โดยมีคุณสมบัติและวิธีการเตรียมที่แตกต่างจากชนิดเกลืออะมีน สารลดแรงตึงผิวเหล่านี้สามารถละลายได้ทั้งในสารละลายกรดและด่าง มีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมหลายประการ และเข้ากันได้ดีกับสารลดแรงตึงผิวชนิดอื่น ดังนั้นจึงมีการใช้งานที่ค่อนข้างหลากหลาย
Hประเภทเอเทอโรไซคลิก
วงแหวนเฮเทอโรไซคลิกที่พบในโมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวประจุบวกส่วนใหญ่เป็นวงแหวนที่มีไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบ เช่น วงแหวนมอร์โฟลีน วงแหวนไพริดีน วงแหวนอิมิดาโซล วงแหวนไพเพอราซีน และวงแหวนควินอลีน
3. การสังเคราะห์
ปฏิกิริยาหลักในการสังเคราะห์สารลดแรงตึงผิวประจุบวกคือปฏิกิริยา N-อัลคิเลชัน ในบรรดาปฏิกิริยาเหล่านั้น ปฏิกิริยาที่เอมีนตติยภูมิทำปฏิกิริยากับสารอัลคิเลชันเพื่อสร้างเกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารีเรียกว่าปฏิกิริยาควอเทอร์ไนเซชัน
เกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารีอัลคิล
เกลือแอลคิลควอเทอร์นารีแอมโมเนียมเป็นหนึ่งในประเภทสำคัญของสารลดแรงตึงผิวประจุบวกชนิดเกลือควอเทอร์นารีแอมโมเนียม และมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในฐานะสารฆ่าเชื้อรา สารปรับผ้านุ่มเส้นใย สารช่วยลอยตัวแร่ สารทำให้เกิดอิมัลชัน เป็นต้น โครงสร้างที่โดดเด่นคืออะตอมไนโตรเจนเชื่อมต่อกับหมู่แอลคิลสี่หมู่ กล่าวคือ อะตอมไฮโดรเจนทั้งสี่ของไอออนแอมโมเนียมถูกแทนที่ด้วยหมู่แอลคิล โดยปกติแล้วจะมีเพียงหนึ่งหรือสองหมู่แอลคิลที่เป็นหมู่แอลคิลไฮโดรคาร์บอนสายยาว และหมู่แอลคิลที่เหลือจะมีอะตอมคาร์บอนหนึ่งหรือสองอะตอม ตามลักษณะโครงสร้างแล้ว มีวิธีการสังเคราะห์เกลือแอลคิลควอเทอร์นารีแอมโมเนียมหลักๆ สามวิธี ได้แก่ การเตรียมโดยปฏิกิริยาของแอลคิลเฮไลด์ระดับสูงกับเอมีนตติยภูมิระดับต่ำ การเตรียมโดยปฏิกิริยาของแอลคิลเอมีนระดับสูงกับแอลคิลเฮไลด์ระดับต่ำ และการเตรียมโดยวิธีฟอร์มาลดีไฮด์-กรดฟอร์มิก
เกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารีที่มีอะตอมต่างชนิด
เกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารีที่มีอะตอมต่างชนิดที่กล่าวถึงในที่นี้ โดยทั่วไปหมายถึงเกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารีที่มีอะตอมต่างชนิด เช่น ออกซิเจน ไนโตรเจน และกำมะถัน อยู่ในโซ่ไฮโดรคาร์บอนที่ไม่ชอบน้ำ กล่าวคือ สารลดแรงตึงผิวที่มีพันธะอะไมด์ พันธะอีเทอร์ พันธะเอสเทอร์ หรือพันธะไทโออีเทอร์ ในกลุ่มที่ชอบไขมัน เนื่องจากกลุ่มแคตไอออนแอมโมเนียมควอเทอร์นารีที่ชอบน้ำและกลุ่มอัลคิลที่ไม่ชอบน้ำเชื่อมต่อกันผ่านกลุ่มต่างๆ เช่น อะไมด์ เอสเทอร์ อีเทอร์ หรือไทโออีเทอร์ แทนที่จะเชื่อมต่อกันโดยตรง บางคนจึงเรียกเกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารีดังกล่าวว่า สารลดแรงตึงผิวแคตไอออนิกที่เชื่อมต่อกันโดยอ้อม
เกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารีที่มีวงแหวนเบนซีน
สารลดแรงตึงผิวประเภทนี้ส่วนใหญ่ใช้เป็นสารฆ่าเชื้อแบคทีเรีย สารทำให้เกิดฟอง สารช่วยให้เปียก และสารช่วยยึดสี เป็นต้น ในกระบวนการสังเคราะห์ วิธีหลักในการสร้างวงแหวนอะโรมาติกคือการใช้เบนซิลคลอไรด์เป็นรีเอเจนต์อัลคิเลตเพื่อทำปฏิกิริยากับเอมีนตติยภูมิ เบนซิลคลอไรด์เตรียมได้จากปฏิกิริยาคลอริเนชันของโซ่ข้างของโทลูอีน เพื่อหลีกเลี่ยงการคลอริเนชันบนวงแหวนเบนซีน ปฏิกิริยานี้จำเป็นต้องดำเนินการในหม้อเคลือบหรือเครื่องปฏิกรณ์แบบหอคอยที่บุด้วยแก้ว
เกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารีที่มีเฮเทอโรไซคลิก
วงแหวนเฮเทอโรไซคลิกที่พบในโมเลกุลเกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารีส่วนใหญ่ได้แก่ วงแหวนมอร์โฟลีน วงแหวนไพเพอราซีน วงแหวนไพริดีน วงแหวนควินอลีน และวงแหวนอิมิดาโซล เป็นต้น
Aเกลือเหมืองแร่ชนิด
สารลดแรงตึงผิวประจุบวกชนิดเกลืออะมีนส่วนใหญ่แบ่งออกเป็น 3 ประเภทหลัก ได้แก่ เกลืออะมีนปฐมภูมิสายยาว เกลืออะมีนทุติยภูมิ และเกลืออะมีนตติยภูมิ
4. การสมัคร
สารลดแรงตึงผิวประจุบวกมีคุณสมบัติที่ดีหลายประการ เช่น การฆ่าเชื้อ การทำให้ผิวนุ่มป้องกันไฟฟ้าสถิตและมีคุณสมบัติป้องกันการกัดกร่อน รวมถึงคุณสมบัติในการทำให้เกิดอิมัลชันและคุณสมบัติในการทำให้เปียกบางประการ นอกจากนี้ยังมักใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาการถ่ายโอนเฟส อย่างไรก็ตาม สารลดแรงตึงผิวประเภทนี้ไม่ค่อยถูกนำมาใช้เป็นผงซักฟอกเพียงอย่างเดียว เนื่องจากพื้นผิวของวัสดุหลายชนิดในสารละลายน้ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสารละลายน้ำที่เป็นด่าง มักจะมีประจุลบ ในระหว่างการใช้งาน สารลดแรงตึงผิวที่มีประจุบวกจะจัดเรียงตัวบนพื้นผิวของวัสดุโดยให้กลุ่มที่ชอบน้ำอยู่ด้านในและกลุ่มที่ไม่ชอบน้ำอยู่ด้านนอก ทำให้พื้นผิวของวัสดุนั้นไม่ชอบน้ำ ซึ่งไม่เอื้อต่อการซักล้างและอาจส่งผลเสียได้ นอกจากนี้ ขอบเขตการใช้งานหลักของสารลดแรงตึงผิวประเภทนี้ยังแตกต่างจากสารลดแรงตึงผิวอื่นๆ ที่ใช้เพื่อลดแรงตึงผิว แต่สารลดแรงตึงผิวประเภทนี้จะใช้คุณลักษณะเชิงโครงสร้างเพื่อการใช้งานพิเศษอื่นๆ
วันที่โพสต์: 19 มีนาคม 2026