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陽離子表面活性劑

陽離子表面活性劑原圖鏈接圖片來源優酷網

陽離子表面活性劑主要是含氮的有機胺衍生物,由於其分子中的氮原子含有孤對電子,故能以氫鍵與酸分子中的氫結合,使氨基帶上正電荷。因此,它們在酸性介質中才具有良好的表面活性 原圖鏈接;而在鹼性介質中容易析出而失去表面活性。除含氮陽離子表面活性劑外,還有一小部分含硫、磷、砷等元素的陽離子表面活性劑。

  • 外文名:Cationic surface active agent
  • 分 類:胺鹽型、季銨鹽型、雜環型等
  • 發展狀況:品種和需求量不斷增加
  • 屬 性:有機胺衍生物
  • 媒 介:酸性介質

目錄

發展狀況

陽離子表面活性劑在工業上大量使用的歷史不長,需求量逐年都在快速增長,但是由於它的主要用途是殺菌劑、纖維柔軟劑和抗靜電劑等特殊用途,因此與陰離子非離子表面活性劑相比,使用量相對較少。

我國陽離子表面活性劑的研發和使用起步較晚,但發展速度較快。1981年工業用陽離子表面活性劑品種為18個,占工業用表面活性劑總品種數的13.5%。到1990年便上升為45個,占15.5%,包括民用品種在內,總計有105個品種。但由於陽離子表面活性劑應用範圍窄、使用量較小,因此產量極少,直至2002年年產量仍然僅有幾千噸,不足表面活性劑總產量的1%。

陽離子表面活性劑一般都具有良好的乳化、潤濕、洗滌、殺菌、柔軟、抗靜電抗腐蝕等性能,由於其特殊的性能與應用,具有良好的發展潛力,隨着工業用和民用應用範圍不斷擴大,其品種和需求量都將繼續增加。

 
陽離子表面活性劑原圖鏈接圖片來源優酷網

分類

具有商業價值的陽離子表面活性劑大多是有機氮化合物的衍生物,其正離子電荷由氮原子攜帶,也有一些新型陽離子表面活性劑的正離子電荷由磷、硫、碘和砷等原子攜帶。按照陽離子表面活性劑的化學結構,主要可分為胺鹽型、季銨鹽型、雜環型和囉鹽型等四類。

胺鹽型

胺鹽型陽離子表面活性劑是伯胺鹽、仲胺鹽和叔胺鹽表面活性劑的總稱。它們的性質極其相似,且很多產品是伯胺與仲胺的混合物。這類表面活性劑主要是脂肪胺與無機酸形成的鹽,只溶於酸性溶液中。而在鹼性條件下,胺鹽容易與鹼作用生成游離胺而使其溶解度降低,因此使用範圍受到一定的限制。

季銨鹽型

季銨鹽型陽離子表面活性劑是最為重要的陽離子表面活性劑品種,其性質和製法均與胺鹽型不同。此類表面活性劑既可溶於酸性溶液,又可溶於鹼性溶液,具有一系列優良的性質,而且與其他類型的表面活性劑相容性好,因此,使用範圍比較廣泛。

雜環型

陽離子表面活性劑分子中所含的雜環主要是含氮的嗎啉環吡啶環咪唑環哌嗪環喹啉環等。

囉鹽型

陽離子表面活性劑按照雜原子的不同,可分為含N、P、As、S、I等元素的表面活性劑,但這種分類方法很少使用。按照攜帶正電荷的原子不同,陽離子表面活性劑還包括囉鹽鋶鹽碘囉儸鹽化合物等。

合成

合成陽離子表面活性劑的主要反應是N-烷基化反應,其中叔胺與烷基化試劑作用,生成季銨鹽的反應也叫做季銨化反應

烷基季銨鹽

烷基季銨鹽是季銨鹽型陽離子表面活性劑的重要品種之一,已作為殺菌劑、纖維柔軟劑、礦物浮選劑、乳化劑等被廣泛地應用。其結構特點是氮原子上連有四個烷基,即銨離子 的四個氫原子全部被烷基所取代,通常這個烷基中只有一或兩個是長鏈碳氫烷基,其餘烷基的碳原子數為一個或兩個。根據其結構特點,烷基季銨鹽的合成方法主要有三種,即由高級鹵代烷與低級叔胺反應製得、由高級烷基胺和低級鹵代烷反應製得和通過甲醛-甲酸法製得。

含雜原子的季銨鹽

這裡所謂的含雜原子的季銨鹽一般是指疏水性碳氫鏈中含有O、N、S等雜原子的季銨鹽,也就是指親油基中含有酰胺鍵、醚鍵、酯鍵或硫醚鍵的表面活性劑。由於親水基團季銨陽離子與烷基疏水基是通過酰胺、酯、醚或硫醚等基團相連,而不是直接連接在一起,故也有人將這類季銨鹽稱作間接連接型陽離子表面活性劑

含有苯環的季銨鹽

這類表面活性劑主要用作殺菌劑、起泡劑、潤濕劑和染料固色劑等。在合成過程中,引入芳環的主要方法是用氯化苄作烷基化試劑與叔胺反應。氯化苄是由甲苯的側鏈氯化反應製得的,為了避免苯環上的氯化,要求該反應在搪瓷釜或搪玻璃塔式反應器中進行。

含雜環的季銨鹽

季銨鹽分子中所含的雜環主要是嗎啉環、哌嗪環吡啶環喹啉環咪唑環等 。

胺鹽型

胺鹽型陽離子表面活性劑主要有長鏈烷基伯胺鹽仲胺鹽叔胺鹽三大類。[1]

應用

陽離子表面活性劑具有良好的殺菌、柔軟、抗靜電、抗腐蝕等作用和一定的乳化、潤濕性能,也常常用作相轉移催化劑。但這類表面活性劑很少單獨用作洗滌劑,因為很多基質的表面在水溶液中,特別是在鹼性水溶液中通常帶有負電荷,在應用過程中,帶正電荷的表面活性劑會在基質表面形成親水基向內、疏水基向外的排列,使基質表面疏水而不利於洗滌,甚至產生負面作用。此外,這類表面活性劑的主要應用領域也不像其他表面活性劑,用來降低表面張力,而是利用其結構上的特點,用於其他特殊方面。[2]

視頻

洗滌用品知識專家大講堂:周雅文-洗滌劑中常用的陽離子表面活性劑

參考文獻