Катіонні поверхнево-активні речовини – це переважно азотовмісні органічні амінні похідні. Оскільки атом азоту в їхніх молекулах містить неподілену пару електронів, він може з'єднуватися з воднем у молекулах кислоти через водневі зв'язки, в результаті чого аміногрупа несе позитивний заряд. Тому вони демонструють хорошу поверхневу активність лише в кислому середовищі; у лужному середовищі вони мають тенденцію до осадження та втрати поверхневої активності. Окрім азотовмісних катіонних поверхнево-активних речовин, існує також невелика частина катіонних поверхнево-активних речовин, що містять такі елементи, як сірка, фосфор та миш'як.
1. Стан розробки
Катіонні поверхнево-активні речовини довгий час не використовувалися широко в промисловості, і їхній попит стрімко зростав рік за роком. Однак, оскільки їх основне застосування — це спеціальні засоби, такі як фунгіциди, пом'якшувачі волокон та антистатики, їх використання відносно менше порівняно з аніонними та неіонними поверхнево-активними речовинами.
Катіонні поверхнево-активні речовини зазвичай мають хороші властивості, такі як емульгування, змочування, миття, стерилізація, пом'якшення, антистатичні та антикорозійні. Завдяки своїм особливим властивостям та застосуванню вони мають хороший потенціал розвитку. Оскільки сфера промислового та цивільного застосування продовжує розширюватися, їх різноманіття та попит продовжуватимуть зростати.
2. Класифікація
Більшість катіонних поверхнево-активних речовин, що мають комерційну цінність, є похідними органічних сполук азоту, де позитивний заряд несуть атоми азоту. Існують також деякі нові типи катіонних поверхнево-активних речовин, де позитивний заряд несуть такі атоми, як фосфор, сірка, йод та миш'як. За хімічною структурою катіонних поверхнево-активних речовин їх можна розділити на чотири основні категорії: амінні солі, четвертинні амонієві солі та гетероциклічні.
Катіонні поверхнево-активні речовини типу солей аміну – це загальний термін для поверхнево-активних речовин типу солей первинного аміну, солей вторинного аміну та солей третинного аміну. Їхні властивості надзвичайно схожі, і багато продуктів є сумішами первинних та вторинних амінів. Цей тип поверхнево-активних речовин в основному є солями, утвореними жирними амінами та неорганічними кислотами, і розчинний лише в кислих розчинах. У лужних умовах солі аміну легко реагують з лугами, утворюючи вільні аміни, що знижує їхню розчинність, тим самим певною мірою обмежуючи сферу їх застосування.
Тип четвертинної амонієвої солі
Катіонні поверхнево-активні речовини четвертинного амонію є найважливішим типом катіонних поверхнево-активних речовин, властивості та методи отримання яких відрізняються від властивостей та методів отримання амінних солей. Такі поверхнево-активні речовини можуть розчинятися як у кислих, так і в лужних розчинах, мають низку чудових властивостей та добру сумісність з іншими типами поверхнево-активних речовин. Тому вони мають відносно широкий спектр застосування.
Hетероциклічний тип
Гетероциклічні кільця, що містяться в молекулах катіонних поверхнево-активних речовин, є переважно азотовмісними, такими як морфолінове кільце, піридинове кільце, імідазольне кільце, піперазинове кільце та хінолінове кільце.
3. Синтез
Основною реакцією синтезу катіонних поверхнево-активних речовин є реакція N-алкілування. Серед них реакція, в якій третинні аміни реагують з алкілуючими агентами з утворенням четвертинних амонієвих солей, також називається реакцією кватернізації.
Алкіл четвертинна амонієва сіль
Алкілчетвертинні амонієві солі є одним з важливих різновидів катіонних поверхнево-активних речовин типу четвертинних амонієвих солей і широко використовуються як фунгіциди, пом'якшувачі волокон, агенти для флотації мінералів, емульгатори тощо. Їх структурна особливість полягає в тому, що атом азоту з'єднаний з чотирма алкільними групами, тобто всі чотири атоми водню іона амонію заміщені алкільними групами. Зазвичай лише одна або дві з цих алкільних груп є довголанцюговими вуглеводневими алкільними групами, а решта алкільних груп мають один або два атоми вуглецю. Залежно від їхніх структурних характеристик існує три основні методи синтезу алкілчетвертинних амонієвих солей: отримані реакцією вищих алкілгалогенідів з нижчими третинними амінами, отримані реакцією вищих алкіламінів з нижчими алкілгалогенідами та отримані методом формальдегіду-мурашиної кислоти.
Четвертинні амонієві солі, що містять гетероатоми
Так звані четвертинні амонієві солі, що містять гетероатоми, тут зазвичай стосуються четвертинних амонієвих солей, які містять гетероатоми, такі як O, N та S, у своїх гідрофобних вуглеводневих ланцюгах, тобто поверхнево-активних речовин, що містять амідні, ефірні, ефірні або тіоефірні зв'язки у своїх ліпофільних групах. Оскільки гідрофільна четвертинна амонієва катіонна група та алкільна гідрофобна група з'єднані через такі групи, як амідні, ефірні, ефірні або тіоефірні, а не безпосередньо, деякі люди також називають такі четвертинні амонієві солі опосередковано зв'язаними катіонними поверхнево-активними речовинами.
Четвертинні амонієві солі, що містять бензольні кільця
Цей тип поверхнево-активної речовини в основному використовується як бактерицид, піноутворювач, змочувальний агент та агент для фіксації барвника, серед іншого. У процесі синтезу основним методом введення ароматичних кілець є використання бензилхлориду як алкілуючого реагенту для реакції з третинними амінами. Бензилхлорид отримують реакцією хлорування бічного ланцюга толуолу. Щоб уникнути хлорування бензольного кільця, цю реакцію необхідно проводити в емальованому казані або реакторі зі скляним покриттям.
Четвертинні амонієві солі, що містять гетероцикли
Гетероциклічні кільця, що містяться в молекулах четвертинних амонійних солей, - це переважно морфолінове кільце, піперазинове кільце, піридинове кільце, хінолінове кільце та імідазольне кільце тощо.
Aтип шахтної солі
Катіонні поверхнево-активні речовини амінного типу в основному включають три основні категорії: солі первинних амінів з довгим ланцюгом алкілу, солі вторинних амінів та солі третинних амінів.
4. Застосування
Катіонні поверхнево-активні речовини мають хороші функції, такі як стерилізація, пом'якшення,антистатичний, а також антикорозійні властивості, а також певні емульгуючі та змочувальні властивості. Вони також часто використовуються як каталізатори фазового переносу. Однак цей тип поверхнево-активної речовини рідко використовується окремо як миючий засіб. Оскільки поверхня багатьох субстратів у водних розчинах, особливо в лужних водних розчинах, зазвичай несе негативний заряд. Під час нанесення позитивно заряджена поверхнево-активна речовина розташовується на поверхні субстрату гідрофільними групами всередину та гідрофобними групами назовні, роблячи поверхню субстрату гідрофобною, що не сприяє миттю та навіть може мати негативні наслідки. Крім того, основні сфери застосування цього типу поверхнево-активних речовин відрізняються від інших поверхнево-активних речовин, які використовуються для зниження поверхневого натягу. Натомість вони використовують свої структурні характеристики для інших спеціальних застосувань.
Час публікації: 19 березня 2026 р.