Les tensioactifs cationiques sont principalement des dérivés d'amines organiques azotées. L'atome d'azote de leurs molécules possédant un doublet non liant, il peut se lier à l'hydrogène des molécules acides par liaisons hydrogène, conférant ainsi une charge positive au groupe amino. De ce fait, ils présentent une bonne activité de surface uniquement en milieu acide ; en milieu alcalin, ils ont tendance à précipiter et perdent leur activité de surface. Outre les tensioactifs cationiques azotés, on trouve également, en moindre proportion, des tensioactifs cationiques contenant des éléments tels que le soufre, le phosphore et l'arsenic.
1. État d'avancement
Les tensioactifs cationiques sont restés longtemps peu utilisés dans l'industrie, et leur demande croît rapidement d'année en année. Cependant, leurs principales applications se limitant à des usages spécifiques tels que les fongicides, les adoucissants pour fibres et les agents antistatiques, leur utilisation demeure relativement moins fréquente que celle des tensioactifs anioniques et non ioniques.
Les tensioactifs cationiques possèdent généralement d'excellentes propriétés telles que l'émulsification, le mouillage, le lavage, la stérilisation, l'adoucissement, des propriétés antistatiques et anticorrosion. Grâce à leurs propriétés et applications spécifiques, ils présentent un fort potentiel de développement. À mesure que leur champ d'application industriel et civil s'étend, leur diversité et la demande ne cesseront de croître.
2. Classification
La plupart des tensioactifs cationiques d'intérêt commercial sont des dérivés de composés azotés organiques, la charge positive étant portée par les atomes d'azote. Il existe également de nouveaux types de tensioactifs cationiques où la charge positive est portée par des atomes tels que le phosphore, le soufre, l'iode et l'arsenic. Selon leur structure chimique, les tensioactifs cationiques se répartissent principalement en quatre catégories : les sels d'amine, les sels d'ammonium quaternaire et les tensioactifs hétérocycliques.
Les tensioactifs cationiques de type sel d'amine désignent de manière générale les tensioactifs à base de sels d'amines primaires, secondaires et tertiaires. Leurs propriétés sont très similaires et de nombreux produits sont des mélanges d'amines primaires et secondaires. Ce type de tensioactif est principalement constitué de sels formés par des amines grasses et des acides inorganiques, et n'est soluble qu'en milieu acide. En milieu alcalin, les sels d'amine réagissent facilement avec les bases pour former des amines libres, ce qui réduit leur solubilité et limite ainsi leur champ d'application.
type de sel d'ammonium quaternaire
Les tensioactifs cationiques de type sel d'ammonium quaternaire constituent la catégorie la plus importante de tensioactifs cationiques. Leurs propriétés et leurs méthodes de préparation diffèrent de celles des tensioactifs de type sel d'amine. Ces tensioactifs sont solubles en milieux acides et alcalins, possèdent d'excellentes propriétés et présentent une bonne compatibilité avec d'autres types de tensioactifs. De ce fait, leur champ d'application est relativement vaste.
Htype hétérocyclique
Les cycles hétérocycliques contenus dans les molécules de tensioactifs cationiques sont principalement des cycles azotés tels que le cycle morpholine, le cycle pyridine, le cycle imidazole, le cycle pipérazine et le cycle quinoléine.
3. Synthèse
La principale réaction de synthèse des tensioactifs cationiques est la N-alkylation. Parmi celles-ci, la réaction au cours de laquelle des amines tertiaires réagissent avec des agents alkylants pour former des sels d'ammonium quaternaire est également appelée quaternisation.
sel d'ammonium quaternaire alkylé
Les sels d'alkylammonium quaternaire constituent une importante famille de tensioactifs cationiques de type sel d'ammonium quaternaire. Ils sont largement utilisés comme fongicides, adoucissants de fibres, agents de flottation minérale, émulsifiants, etc. Leur structure se caractérise par la liaison de l'atome d'azote à quatre groupes alkyles, remplaçant ainsi les quatre atomes d'hydrogène de l'ion ammonium. Généralement, un ou deux de ces groupes alkyles sont des chaînes hydrocarbonées longues, les autres comportant un ou deux atomes de carbone. Selon leurs caractéristiques structurales, on distingue principalement trois méthodes de synthèse des sels d'alkylammonium quaternaire : la réaction d'halogénures d'alkyle supérieurs avec des amines tertiaires inférieures, la réaction d'amines alkyles supérieures avec des halogénures d'alkyle inférieurs, et la méthode formaldéhyde-acide formique.
Sels d'ammonium quaternaire contenant des hétéroatomes
Les sels d'ammonium quaternaire contenant des hétéroatomes désignent généralement les sels d'ammonium quaternaire dont les chaînes hydrocarbonées hydrophobes contiennent des hétéroatomes tels que l'oxygène, l'azote et le soufre. Il s'agit donc de tensioactifs possédant des liaisons amide, éther, ester ou thioéther dans leurs groupements lipophiles. Le cation ammonium quaternaire hydrophile et le groupement alkyle hydrophobe étant liés par des liaisons amide, ester, éther ou thioéther plutôt que par une liaison directe, ces sels d'ammonium quaternaire sont parfois qualifiés de tensioactifs cationiques à liaison indirecte.
Sels d'ammonium quaternaire contenant des cycles benzéniques
Ce type de tensioactif est principalement utilisé comme bactéricide, agent moussant, agent mouillant et fixateur de colorants, entre autres. Lors de sa synthèse, la principale méthode d'introduction des cycles aromatiques consiste à utiliser le chlorure de benzyle comme agent alkylant pour réagir avec des amines tertiaires. Le chlorure de benzyle est préparé par chloration de la chaîne latérale du toluène. Afin d'éviter la chloration du cycle benzénique, cette réaction doit être réalisée dans un réacteur à cuve émaillée ou un réacteur à colonne revêtu de verre.
Sels d'ammonium quaternaire contenant des hétérocycles
Les cycles hétérocycliques contenus dans les molécules de sel d'ammonium quaternaire sont principalement des cycles morpholine, pipérazine, pyridine, quinoléine et imidazole, etc.
Atype de sel de mine
Les tensioactifs cationiques de type sel d'amine comprennent principalement trois grandes catégories : les sels d'amines primaires à longue chaîne alkyle, les sels d'amines secondaires et les sels d'amines tertiaires.
4. Application
Les tensioactifs cationiques possèdent de bonnes propriétés telles que la stérilisation, l'adoucissement,antistatiqueCes tensioactifs possèdent des propriétés anticorrosion, ainsi que certaines propriétés émulsifiantes et mouillantes. Ils sont également souvent utilisés comme catalyseurs de transfert de phase. Cependant, ce type de tensioactif est rarement utilisé seul comme détergent. En effet, la surface de nombreux substrats en solution aqueuse, notamment en milieu alcalin, porte généralement une charge négative. Lors de l'application, le tensioactif, chargé positivement, s'organise à la surface du substrat avec les groupes hydrophiles vers l'intérieur et les groupes hydrophobes vers l'extérieur, rendant la surface hydrophobe. Cette hydrophobie nuit au lavage et peut même avoir des effets néfastes. De plus, les principaux domaines d'application de ce type de tensioactif diffèrent de ceux des autres tensioactifs utilisés pour réduire la tension superficielle. Ces derniers exploitent plutôt leurs caractéristiques structurales pour d'autres applications spécifiques.
Date de publication : 19 mars 2026