Катионные поверхностно-активные вещества

Катионные поверхностно-активные вещества — Поверхностно-активные вещества, чья поверхностная активность при растворении в воде обуславливается катионами, содержащими длинноцепочечные гидрофобные радикалы.

Общие сведения

Первый катионный ПАВ - ациламиноэтилтриалкиламмониевая соль - был синтезирован в 1927 году и зарегистрирован компанией Ciba-Geigy под торговой маркой Sapamine. В 1934 году были обнаружены дезинфицирующие свойства катионных ПАВ, что подтолкнуло к разработке алкилдиметилбензиламмониевых солей (I.G. Farbenindustrie).^[1]

Основным видом катионных поверхностно-активных веществ являются соли четвертичных аммониевых оснований^[2]. Катионные ПАВ практически не обладают моющими свойствами и применяются в основном как чрезвычайно сильные бактерицидные добавки в композиции с анионными или неиногенными ПАВ. Их производство составляет 12% от общей выработки ПАВ.

Классификация

1. Алифатические

• Соли аминов
  • первичных
  • вторичных
  • третичных
• Соли четвертичных аммониевых соединений
• Сульфониевые и фосфониевые соединения

2. Моноциклические

• Четвертичные пиридиновые аммониевые соли
• Алкилбензиламмониевые соли

3. Полициклические

Получение

Катионные ПАВ получают из высших жирных кислот с числом углеродных атомов в радикале от 12 до 18 следующим образом^[3]:

• Путём образования нитрилов из кислот:

С₁₇H₃₅СOOH + NH₃ → C₁₇H₃₅ – C ≡ N + 2H₂O

• Восстановление нитрилов кислот в амины:

C₁₇H₃₅ – C ≡ N + H₂ → C₁₇H₃₅ – CH₂ – NH₂

• Восстановление нитрилов в присутствии метиламина, приводящим к образованию первичных, вторичных и третичных аминов:

C₁₇H₃₅ – C ≡ N + CH₃NH₂ + H₂ → C₁₈H₃₇NHCH₃ C₁₇H₃₅ – C ≡ N + CH₃NH₂ + H₂ → C₁₈H₃₇N(CH₃)₂

• Образование солей четвертичных аммониевых оснований производится следующим образом:

C₁₈H₃₇N(CH₃)₂ + HCI → C₁₈H₃₇NHCI(CH₃)₂ C₁₈H₃₇N(CH₃)₂ + CH₃CI → [C₁₈H₃₇N(CH₃)₃]⁺ CI^-

Характеристики

Катионные ПАВ, производимые в промышленных объемах

Наименование (торговая марка)	Формула	Молекулярная масса	Плотность г/м3	Вязкость мПа·с	Внешний вид
Диоктадецилдиметиламмоний хлорид (DODMAC)	[(CH3)2-N-(C18H17)2]+ CI-	532	0,94	20	Жёлтая легкоподвижная жидкость
Триметилкокоаммоний хлорид (МС-50)	[(CH3)3-N-R]+ CI- [R=12÷14]	272	0,89	20	Светло-жёлтая легкоподвижная жидкость
Олеилтриметиламмоний хлорид (S-50)	[(CH3)3-N-R]+ CI- [R=16÷20]	345	0,89	25	Светло-жёлтая легкоподвижная жидкость
Диметилкокобензиламмоний хлорид (MCB-80)	[(CH3)2-N-(R)(CH2C6H5)]+ CI- [R=12÷14]	350	0,98	75	Светло-жёлтая легкоподвижная жидкость
Гидроталловдиметилбензиламмоний хлорид (HTB-75)	[(CH3)2-N-(R)(CH2C6H5)]+ CI- [R=16÷20]	412	0,91	65	Белая вязкая паста
Диметилдиалкиламмоний хлорид (DMDAAC)	[(CH3)2-N-(R)2]+ CI- [R=18÷22]	581	0,9	35	Тёмно-коричневая вязкая жидкость
Триметилалкиламмоний хлорид (TMAAC)	[(CH3)3-N-R]+ CI- [R=18÷22]	337	0,9	35	Тёмно-коричневая вязкая жидкость
Дидецилдиметиламмоний бромид (ДДДМАБ)	[(CH3)2-N-(C10H21)2]+ Br-	406	0,94	50	Жёлтая вязкая паста
Бегентримониум хлорид, докозилтриметиламмоний хлорид	C₂₅H₅₄ClN	404	0,9	50	Жёлтая вязкая паста

Применение

Катионноактивные ПАВ обладают антикоррозионными, бактерицидными, фунгицидными и консервирующими свойствами ^[4][5].

В ряде технологических процессов интенсификации нефтедобычи и повышения нефтеотдачи известны примеры применения катионных ПАВ для гидрофобизации призабойной зоны пласта и кислотных обработках скважин. Несмотря на широкий круг промышленно выпускаемых катионных ПАВ, их ассортимент в нефтяной промышленности по ряду причин весьма ограничен. В первую очередь это связано с недостаточной изученностью поверхностных явлений в горных породах^[6].