Im ersten Schritt werden dabei die Prozessbedingungen sowie die Kinetik der Polymerisation berücksichtigt und Massen-, Wärme und ggf. Impulsbilanzen in einer deterministischen Simulation mittels Predici (CIT – Computing in Technology) numerisch gelöst. Daraus werden u.a. Umsatzprofile, Molekulargewichtsverteilungen und mittlere Polymereigenschaften wie Copolymerisationszusammensetzungen oder Verzweigungsgerade erhalten.
Die deterministische Simulation liefert zudem Ereigniswahrscheinlichkeiten, welche im nächsten Schritt in einem hybrid-stochastischen Monte-Carlo Ansatz verwendet werden, um individuelle Topologien von verzweigten Makromolekülen zu generieren. Diese Topologien können anschließend zur Vorhersage der rheologischen Eigenschaften (Fließeigenschaften) der Bulk-Materialien über den Branch-on-Branch-Algorithmus (BoB) genutzt werden.
Bei der Modellierung von Emulsionspolymerisationen kommt zur Berücksichtigung der Polymerisationskinetik, Prozessbedingungen und Reaktorkonfiguration noch die Mehrphasigkeit des Systems. Die Initiierung und anschließendes Oligomerwachstum findet in der wässrigen Phase statt. Anschließend kommt es zum Radikaleintritt der Oligomere in die Partikel in denen das weitere Wachstum, aber auch alle Nebenreaktionen wie Transfer und Terminierung stattfinden. Für die Terminierung ist hier vor allem zu berücksichtigen, dass Polymerradikale nur mit Radikalen im gleichen Partikel terminieren können – dies ist auf die so genannte Kompartimentierung zurückzuführen. Gleichzeitig müssen zu jedem Zeitschritt die Konzentrationen aller Spezies – allen voran der Monomere – in den verschiedenen Phasen bekannt sein.
[1]https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/marc.202100620
