[科普中国]-阳离子表面活性剂

发展状况

阳离子表面活性剂在工业上大量使用的历史不长，需求量逐年都在快速增长，但是由于它的主要用途是杀菌剂、纤维柔软剂和抗静电剂等特殊用途，因此与阴离子和非离子表面活性剂相比，使用量相对较少。

我国阳离子表面活性剂的研发和使用起步较晚，但发展速度较快。1981年工业用阳离子表面活性剂品种为18个，占工业用表面活性剂总品种数的13.5%。到1990年便上升为45个，占15.5%，包括民用品种在内，总计有105个品种。但由于阳离子表面活性剂应用范围窄、使用量较小，因此产量极少，直至2002年年产量仍然仅有几千吨，不足表面活性剂总产量的1%。

阳离子表面活性剂一般都具有良好的乳化、润湿、洗涤、杀菌、柔软、抗静电和抗腐蚀等性能，由于其特殊的性能与应用，具有良好的发展潜力，随着工业用和民用应用范围不断扩大，其品种和需求量都将继续增加。1

阳离子表面活性剂的分类具有商业价值的阳离子表面活性剂大多是有机氮化合物的衍生物，其正离子电荷由氮原子携带，也有一些新型阳离子表面活性剂的正离子电荷由磷、硫、碘和砷等原子携带。按照阳离子表面活性剂的化学结构，主要可分为胺盐型、季铵盐型、杂环型和啰盐型等四类。

胺盐型胺盐型阳离子表面活性剂是伯胺盐、仲胺盐和叔胺盐表面活性剂的总称。它们的性质极其相似，且很多产品是伯胺与仲胺的混合物。这类表面活性剂主要是脂肪胺与无机酸形成的盐，只溶于酸性溶液中。而在碱性条件下，胺盐容易与碱作用生成游离胺而使其溶解度降低，因此使用范围受到一定的限制。

季铵盐型季铵盐型阳离子表面活性剂是最为重要的阳离子表面活性剂品种，其性质和制法均与胺盐型不同。此类表面活性剂既可溶于酸性溶液，又可溶于碱性溶液，具有一系列优良的性质，而且与其他类型的表面活性剂相容性好，因此，使用范围比较广泛。

杂环型阳离子表面活性剂分子中所含的杂环主要是含氮的吗啉环、吡啶环、咪唑环、哌嗪环和喹啉环等。

啰盐型阳离子表面活性剂按照杂原子的不同，可分为含N、P、As、S、I等元素的表面活性剂，但这种分类方法很少使用。按照携带正电荷的原子不同，阳离子表面活性剂还包括啰盐、锍盐、碘啰和㑩盐化合物等。

阳离子表面活性剂的合成合成阳离子表面活性剂的主要反应是N-烷基化反应，其中叔胺与烷基化试剂作用，生成季铵盐的反应也叫做季铵化反应。

烷基季铵盐烷基季铵盐是季铵盐型阳离子表面活性剂的重要品种之一，已作为杀菌剂、纤维柔软剂、矿物浮选剂、乳化剂等被广泛地应用。其结构特点是氮原子上连有四个烷基，即铵离子 的四个氢原子全部被烷基所取代，通常这个烷基中只有一或两个是长链碳氢烷基，其余烷基的碳原子数为一个或两个。根据其结构特点，烷基季铵盐的合成方法主要有三种，即由高级卤代烷与低级叔胺反应制得、由高级烷基胺和低级卤代烷反应制得和通过甲醛-甲酸法制得。

含杂原子的季铵盐这里所谓的含杂原子的季铵盐一般是指疏水性碳氢链中含有O、N、S等杂原子的季铵盐，也就是指亲油基中含有酰胺键、醚键、酯键或硫醚键的表面活性剂。由于亲水基团季铵阳离子与烷基疏水基是通过酰胺、酯、醚或硫醚等基团相连，而不是直接连接在一起，故也有人将这类季铵盐称作间接连接型阳离子表面活性剂。

含有苯环的季铵盐这类表面活性剂主要用作杀菌剂、起泡剂、润湿剂和染料固色剂等。在合成过程中，引入芳环的主要方法是用氯化苄作烷基化试剂与叔胺反应。氯化苄是由甲苯的侧链氯化反应制得的，为了避免苯环上的氯化，要求该反应在搪瓷釜或搪玻璃塔式反应器中进行。

含杂环的季铵盐季铵盐分子中所含的杂环主要是吗啉环、哌嗪环、吡啶环、喹啉环和咪唑环等 。

胺盐型胺盐型阳离子表面活性剂主要有长链烷基伯胺盐、仲胺盐、叔胺盐三大类。2

阳离子表面活性剂的应用阳离子表面活性剂具有良好的杀菌、柔软、抗静电、抗腐蚀等作用和一定的乳化、润湿性能，也常常用作相转移催化剂。但这类表面活性剂很少单独用作洗涤剂，因为很多基质的表面在水溶液中，特别是在碱性水溶液中通常带有负电荷，在应用过程中，带正电荷的表面活性剂会在基质表面形成亲水基向内、疏水基向外的排列，使基质表面疏水而不利于洗涤，甚至产生负面作用。此外，这类表面活性剂的主要应用领域也不像其他表面活性剂，用来降低表面张力，而是利用其结构上的特点，用于其他特殊方面。1