WATCH IONS®

Bei den Watch Ionentauscher Harzen handelst es sich um ionische, kovalent gebundene unlösliche Polyelectrolyte, welche in Form von Kügelchen vorliegen. Diese Kügelchen besitzen entweder eine dichte interne Struktur mit keinen ausgebildeten Poren (Gel Harze oder mikroporöse Harze genannt) oder aber eine poröse, kanalartige Struktur (makroporöse oder makroreticlare Harze). Sie werden üblicherweise aus Styrol und verschiedenen Abstufungen des Bindungsmittels Divinyl-Benzen erzeugt, welches die Porösität der Partikel erzeugt. Die porösen Partikel können ebenfalls durch Zusatz von Homopolystyren erzeugt werden, welches in der monomeren Mischung löslich ist und welches später beispielsweise mit Toluol ausgewaschen werden kann. Die Kügelchen des Vorproduktes werden dann fraktioniert , um das fertige Harz zu erhalten. Acryl basierte Ionentauscher-Harze sind ebenfalls erhältlich.

Diese ionischen Polymere enthalten zwei Arten von Ionen - die innerhalb der Struktur gebundenen und die gegensätzlich geladenen Ionen, welche frei beweglich sind. Die Eigenschaft  der Ionentauscher isteine Konsequenz des Donnan-Ausschlusses: Wenn das Harz in einem Medium eintaucht, in welchem es unlöslich ist, sind die Gegenionen mobil und können gegen andere Gegenionen des umgebenden Mediums getauscht werden; Ionen der gleichen Ladung wie die der gebundenen Ionen haben keine freie Beweglichkeit in oder aus dem Polymer heraus. Ionenautauscher wurden gemäß der Ladung des austauschberen Gegenions benannt (Kationen- oder Anionentauscher) und zusätzlich anhand der Ionenstärke des gebundenen Ions (starke oder schwache Austauscher). Daher existieren 4 primäre Typen von Ionentaucher-Harzen:

1. Starke kationische Austauscher-Harze, welche Sulfonsäure oder korrespondierende Salze enthalten.

2. Schwache kationeische Austauscher-Harze, welche Carbonsäure-Gruppen oder korrespondierende Salze enthalten.

3. Starke anionische Austauascher-Harze, welche quartäre Ammonium-Gruppen enthalten. Hiervon gibt es zwei Typen:

Typ I  Harze enthalten Trialkyl Ammonium Chloride oder Hydroxide und Typ II Harze enthalten Dialkyl-2Hydroxyethyl Ammonium-Chloride oder -Hydroxide.

4. Schwache Anionische Austauscher-Harze, wekche Ammonium-Chloride oder-Hydroxide enthalten.

Zusätzliche Typen der Ionentauscher Harze enthalten Mischungen von Kationen und Anionen Austauscher-Harzen, welche dann Mischbett-Harze genannt werden.

Ein Harz welches gleichzeitig Anionen und Kationen als gebundenen Ionen enthält wird als ampholytisch bezeichnet. Einige Austauscher-Harze werden mit Chelat bildenden Eigenschaften gefertig, welche sie hochselektiv für bestimmte Ionen machen. Zusätzlich zu ihrer Eigenschaft als Ionentauscher, werden die organischen Polymere als polymere Katalysatoren im Bereich der Forschung und in der kombinatorischen Chemie eingesetzt.

Die interne Struktur der Harz Kügelchen, d.h. entweder microporös (Gel-Typ) oder makroporös, spielt bei der Auswahl der Ionentauscher eine entscheidende Rolle. Makroporöse Harze, mit ihrer hoch effektiven Oberflächen erleichtern den Ionenaustauschprozeß. Sie bieten ebenso großen Ionen Zutritt zur Austauschseite, können in nahezu jedem Lösungsmittel verwendet werden, unabhängig davon, ob dies ein gutes Lösungsmittel für das ungebundene Polymer ist, und sie nehmen das Lösungsmittel mit geringer oder keinerlei Ladung im Gesamtvolumen auf. Sie bieten robustere Kügelchen, welche die das Entfernen aus dem Reaktionssystem erleichtern. Im Fall der mikroporösen Harze, welche keine ausgebildeten Poren besitzen, diffundieren die gelösten Ionen durch die Oberfläche, um mit der Austauschseite wechselzuwirken. Abgesehen von Begrenzungen in der Duffusionsrate bieten diese Systeme einige Vorteile: Sie sind weniger zerbrechlich, benötigen weniger Vorsicht bei der Handhabun, reagieren schneller in Funktions- und Anwendungsreaktionen und besitzen höhere Ladungskapazitäten.

Zusätzlich zur Art der Kügelchen hängt die Kinetik des Austauschs von der Verteilung der Partikelgröße im Harz ab. Diese wird durch ein monodisperses Harz verbessert; zu sehen anhand der Packed Bed Harze; sie erlauben schnellere Löslichkeit und Regenerationszeiten mit reduziertem Rückstoß.