Surfaktan kationik terutama merupakan turunan amina organik yang mengandung nitrogen. Karena atom nitrogen dalam molekulnya mengandung pasangan elektron bebas, ia dapat berikatan dengan hidrogen dalam molekul asam melalui ikatan hidrogen, menyebabkan gugus amino membawa muatan positif. Oleh karena itu, surfaktan ini hanya menunjukkan aktivitas permukaan yang baik dalam media asam; dalam media basa, surfaktan ini cenderung mengendap dan kehilangan aktivitas permukaannya. Selain surfaktan kationik yang mengandung nitrogen, terdapat juga sebagian kecil surfaktan kationik yang mengandung unsur-unsur seperti sulfur, fosfor, dan arsenik.
1. Status pembangunan
Surfaktan kationik belum banyak digunakan di industri dalam waktu yang lama, dan permintaannya terus meningkat pesat dari tahun ke tahun. Namun, karena aplikasi utamanya berada pada penggunaan khusus seperti fungisida, pelembut serat, dan zat antistatik, penggunaannya relatif lebih sedikit dibandingkan dengan surfaktan anionik dan non-ionik.
Surfaktan kationik umumnya memiliki sifat-sifat yang baik seperti pengemulsian, pembasahan, pencucian, sterilisasi, pelunakan, antistatik, dan anti korosi. Karena sifat dan aplikasinya yang khusus, surfaktan kationik memiliki potensi pengembangan yang baik. Seiring dengan terus meluasnya cakupan aplikasi industri dan sipil, varietas dan permintaannya akan terus meningkat.
2. Klasifikasi
Sebagian besar surfaktan kationik yang memiliki nilai komersial merupakan turunan dari senyawa nitrogen organik, di mana muatan positif dibawa oleh atom nitrogen. Terdapat juga beberapa jenis surfaktan kationik baru di mana muatan positif dibawa oleh atom seperti fosfor, sulfur, yodium, dan arsenik. Berdasarkan struktur kimia surfaktan kationik, surfaktan tersebut dapat dibagi menjadi empat kategori utama: tipe garam amina, tipe garam amonium kuaterner, dan tipe heterosiklik.
Surfaktan kationik tipe garam amina adalah istilah umum untuk surfaktan garam amina primer, garam amina sekunder, dan garam amina tersier. Sifat-sifatnya sangat mirip, dan banyak produk merupakan campuran amina primer dan amina sekunder. Jenis surfaktan ini terutama berupa garam yang terbentuk dari amina lemak dan asam anorganik, dan hanya larut dalam larutan asam. Dalam kondisi basa, garam amina mudah bereaksi dengan alkali membentuk amina bebas, yang mengurangi kelarutannya, sehingga membatasi ruang lingkup aplikasinya sampai batas tertentu.
Surfaktan kationik tipe garam amonium kuaterner merupakan jenis surfaktan kationik yang paling penting, dengan sifat dan metode pembuatan yang berbeda dari surfaktan tipe garam amina. Surfaktan tersebut dapat larut dalam larutan asam maupun basa, memiliki serangkaian sifat yang sangat baik, dan memiliki kompatibilitas yang baik dengan jenis surfaktan lainnya. Oleh karena itu, surfaktan ini memiliki cakupan aplikasi yang relatif luas.
Htipe eterosiklik
Cincin heterosiklik yang terkandung dalam molekul surfaktan kationik sebagian besar mengandung nitrogen, seperti cincin morfolin, cincin piridin, cincin imidazol, cincin piperazin, dan cincin kuinolin.
3. Sintesis
Reaksi utama untuk mensintesis surfaktan kationik adalah reaksi N-alkilasi. Di antara reaksi-reaksi tersebut, reaksi di mana amina tersier bereaksi dengan agen pengalkilasi untuk membentuk garam amonium kuaterner juga disebut reaksi kuaternisasi.
Garam amonium kuaterner alkil
Garam amonium kuaterner alkil merupakan salah satu jenis surfaktan kationik tipe garam amonium kuaterner yang penting, dan telah banyak digunakan sebagai fungisida, pelembut serat, agen flotasi mineral, pengemulsi, dan lain-lain. Ciri strukturalnya adalah atom nitrogen terhubung dengan empat gugus alkil, yaitu, keempat atom hidrogen dari ion amonium digantikan oleh gugus alkil. Biasanya, hanya satu atau dua gugus alkil ini yang merupakan gugus alkil hidrokarbon rantai panjang, dan gugus alkil lainnya memiliki satu atau dua atom karbon. Berdasarkan karakteristik strukturnya, terdapat tiga metode sintesis utama untuk garam amonium kuaterner alkil: disiapkan melalui reaksi alkil halida yang lebih tinggi dengan amina tersier yang lebih rendah, disiapkan melalui reaksi alkil amina yang lebih tinggi dengan alkil halida yang lebih rendah, dan disiapkan dengan metode formaldehida-asam format.
Garam amonium kuaterner yang mengandung heteroatom
Yang disebut garam amonium kuaterner yang mengandung heteroatom di sini umumnya merujuk pada garam amonium kuaterner yang mengandung heteroatom seperti O, N, dan S dalam rantai hidrokarbon hidrofobiknya, yaitu surfaktan yang mengandung ikatan amida, ikatan eter, ikatan ester, atau ikatan tioeter dalam gugus lipofiliknya. Karena gugus kation amonium kuaterner hidrofilik dan gugus alkil hidrofobik dihubungkan melalui gugus seperti amida, ester, eter, atau tioeter, bukan dihubungkan secara langsung, beberapa orang juga menyebut garam amonium kuaterner tersebut sebagai surfaktan kationik yang dihubungkan secara tidak langsung.
Garam amonium kuaterner yang mengandung cincin benzena
Surfaktan jenis ini terutama digunakan sebagai bakterisida, zat pembusa, zat pembasah, dan zat pengikat pewarna, di antara kegunaan lainnya. Dalam proses sintesis, metode utama untuk memasukkan cincin aromatik adalah dengan menggunakan benzil klorida sebagai pereaksi alkilasi untuk bereaksi dengan amina tersier. Benzil klorida disiapkan melalui reaksi klorinasi rantai samping toluena. Untuk menghindari klorinasi pada cincin benzena, reaksi ini harus dilakukan dalam ketel enamel atau reaktor menara berlapis kaca.
Garam amonium kuaterner yang mengandung heterosiklik
Cincin heterosiklik yang terkandung dalam molekul garam amonium kuaterner terutama berupa cincin morfolin, cincin piperazin, cincin piridin, cincin kuinolin, dan cincin imidazol, dan lain-lain.
Ajenis garam tambang
Surfaktan kationik tipe garam amina terutama mencakup tiga kategori utama: garam amina primer alkil rantai panjang, garam amina sekunder, dan garam amina tersier.
4. Aplikasi
Surfaktan kationik memiliki fungsi yang baik seperti sterilisasi, pelunakan,antistatikSurfaktan ini memiliki sifat anti korosi, serta sifat pengemulsi dan pembasahan tertentu. Surfaktan ini juga sering digunakan sebagai katalis transfer fase. Namun, jenis surfaktan ini jarang digunakan sendiri sebagai deterjen. Karena permukaan banyak substrat dalam larutan berair, terutama dalam larutan berair basa, biasanya bermuatan negatif. Selama aplikasi, surfaktan bermuatan positif akan tersusun di permukaan substrat dengan gugus hidrofilik menghadap ke dalam dan gugus hidrofobik menghadap ke luar, membuat permukaan substrat menjadi hidrofobik, yang tidak kondusif untuk pencucian dan bahkan dapat memiliki efek negatif. Selain itu, bidang aplikasi utama surfaktan jenis ini berbeda dari surfaktan lain yang digunakan untuk mengurangi tegangan permukaan. Sebaliknya, surfaktan ini memanfaatkan karakteristik strukturnya untuk aplikasi khusus lainnya.
Waktu posting: 19 Maret 2026