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；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。
基本介紹
- 中文名：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
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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，因此與陰離子和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套用範圍窄、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、抗靜電和抗腐蝕等性能，由於其特殊的性能與套用，具有良好的發展潛力，隨著工業用和民用套用範圍不斷擴大，其品種和需求量都將繼續增加。
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、哌嗪環和喹啉環等。
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、碘囉和儸鹽化合物等。
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、乳化劑等被廣泛地套用。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醯胺鍵、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醯胺、酯、醚或硫醚等基團相連，而不是直接連線在一起，故也有人將這類季銨鹽稱作間接連線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、喹啉環和咪唑環等 。
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。
套用
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，在套用過程中，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套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。
