Surfaktan Kationik terbentuk dari reaksi di mana alkil halida bereaksi dengan amina lemak primer, sekunder, atau tersier. Pada reaksi ini bagian molekul yang tidak larut dalam air memiliki muatan positif dan bagian molekul yang larut dalam air bermuatan negatif, sehingga diberi nama sebagai zat aktif permukaan kationik.
Agen aktif permukaan kationik mengurangi tegangan permukaan dan digunakan sebagai agen pembasah dalam media asam. Namun, kerugian dari zat aktif permukaan kationik adalah bahwa mereka tidak memiliki kemampuan deterjensi ketika diformulasikan ke dalam larutan basa seperti garam amonium kuaterner.
Surfaktan kationik yang paling umum adalah senyawa amonium kuaterner dengan rumus umum R’ R” R”’ R”” N+X–, di mana X biasanya ion klorida dan R mewakili gugus alkil. Kelas kationik yang umum adalah alkil trimetil amonium klorida, di mana R mengandung 8–18 atom C, mis. dodesil trimetil amonium klorida, C12H25(CH3)3NCl.
Kelas surfaktan kationik lain yang banyak digunakan adalah yang mengandung dua gugus alkil rantai panjang, yaitu dialkil dimetil amonium klorida, dengan gugus alkil memiliki panjang rantai 8–18 atom C. Surfaktan dialkil ini kurang larut dalam air dibandingkan senyawa kuaterner monoalkil, tetapi biasanya digunakan dalam deterjen sebagai pelembut kain.
Surfaktan kationik lain yang banyak digunakan adalah alkil dimetil benzil amonium klorida (kadang disebut sebagai benzalkonium klorida dan banyak digunakan sebagai bakterisida). bentuk molekulnya seperti dibawah ini:
Imidazoline juga dapat membentuk kuaterner dan produk yang paling umum adalah turunan ditallow yang kuaterner dengan dimetil sulfat. Seperti gambar berikut:
Surfaktan kationik juga dapat dimodifikasi dengan memasukkan rantai poli(etilen oksida), mis. dodesil metil poli(etilen oksida) amonium klorida.
Surfaktan kationik umumnya larut dalam air ketika hanya ada satu gugus alkil panjang. Umumnya kompatibel dengan sebagian besar ion anorganik dan hard water, tetapi tidak kompatibel dengan metasilikat dan fosfat yang sangat pekat. Surfaktan kationik juga tidak cocok dengan bahan seperti protein. Kationik umumnya stabil terhadap perubahan pH, baik asam maupun basa.
Suefaktan kationik tidak kompatibel dengan kebanyakan surfaktan anionik, tetapi kompatibel dengan nonionik. Surfaktan kationik ini tidak larut dalam minyak hidrokarbon. Sebaliknya, kationik dengan dua atau lebih rantai alkil panjang, larut dalam pelarut hidrokarbon, tetapi hanya dapat terdispersi dalam air (terkadang membentuk struktur tipe vesikel bilayer). Mereka umumnya stabil secara kimiawi dan dapat mentolerir elektrolit. c.m.c. surfaktan kationik mirip dengan anionik dengan panjang rantai alkil yang sama.
Aplikasi Surfaktan Kationik
Digunakan sebagai agen antistatik dalam pelembut kain dan formula bilas rambut (hair conditioning). Dalam bidang tekstil, surfaktan kationik digunakan untuk menunda adsorpsi pewarna. Dalam aplikasi ini mereka bersaing dengan pewarna dan dengan demikian memperlambat penyerapannya dan membantu mencapai pewarnaan yang seragam.
Surfaktan kationik ini juga digunakan sebagai penghambat korosi dalam lingkungan asam, tetapi dalam hal ini kationik berkompetisi dengan ion H+. Pada proses pengapungan mineral (floatation) seringkali menggunakan garam amonium atau amonium quarts. Demikian juga pada aplikasi emulsi aspal untuk perkerasan jalan raya dan lapisan pelindung cat sering distabilkan oleh garam garam amina lemak (pada pH asam) atau quat (pada pH netral).
Benzalkonium dan alkiltrimetil amonium klorida atau bromida digunakan sebagai agen antiseptik, desinfektan, dan agen sterilisasi. Mereka juga dimasukkan sebagai aditif dalam formulasi deterjen nonionik untuk tujuan penghambatan korosi, dan (dalam jumlah yang sangat kecil) dalam formula bubuk anionik untuk mensinergikan deterjensi.
Penggunaan utama surfaktan kationik adalah kecenderungannya untuk menyerap pada permukaan bermuatan negatif, mis. agen anti korosi untuk baja, pengumpul flotasi untuk bijih mineral, dispersan untuk pigmen anorganik, agen antistatik untuk plastik, agen antistatik dan pelembut kain lainnya, kondisioner rambut, agen anticaking untuk pupuk dan sebagai bakterisida.