随着国家环保法规的逐渐严格,水性聚氨酯(WPU)作为传统溶剂型聚氨酯材料的有效替代品,在生产应用和科学研究领域成为了人们的研究热点。而二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)作为WPU合成的重要反应物,在结构上具有特殊性,因此导致合成反应活性强,聚合过程难以控制,也严重降低了 MDI型水性聚氨酯的广泛应用性。亲水基团赋予了材料良好的水溶性,却也限制了 WPU乳液的固含量。因此,如何通过调控合成配方和强化乳化过程从而实现WPU的高固含量制备,是WPU产品提质增效的关键。超重力技术(High gravity)依靠旋转填充床(RPB)的高效传质和强化微观混合的特性,已经成为了新一代的过程强化技术,被广泛用于蒸馏、吸收、气体分离等操作。如何利用超重力技术实现乳化单元操作强化也成了新的研究方向。本论文利用超重力技术实现了 MDI型水性聚氨酯的乳化过程,探究了预聚体合成工艺和配方对乳液性能及乳化过程的影响,并利用超重力技术实现了 WPU乳液的可控制备。本文主要工作内容如下:(1)利用超重力技术制备了 MDI型WPU乳液,分析了制备工艺如亲水基团加入时机、中和度及丙酮加入量对乳液的影响。重点探究了异氰酸酯指数(R值)及亲水基团含量与乳液粒径、粒径分布(PSD)、吸水率、乳化难易程度的关系。结果表明,R值在1.25-1.4时、亲水基团含量在3%-5%时,乳液性能最优。(2)进行超重力可控制备WPU的相关研究。分析了 RPB操作参数对乳液粒径及分布的影响。提出了 RPB环境下乳液颗粒之间聚结与破碎动态平衡的行为对乳液粒径及粒径分布影响的规律。其中增大超重力水平(β)或延长乳化时间均可使乳液粒径分布变宽。同时在超重力乳化过程中,高速旋转的填料为乳化过程提供更大的油水相界面,同时该相界面更新频率更快。更大的相界面易于亲水基团移动至乳液颗粒表面,形成有效的亲水性,因此降低了亲水基团的用量。根据上述规律,选择R=1.25、亲水基团质量分数为4.8%、超重力水平为135、乳化时间为25 min,制备得到固含量为53%的低粘度WPU乳液。(3)进一步的,运用“冰模板法”将超重力乳化合成的高质量WPU乳液进行冷冻干燥制备得到了具有取向结构的多孔聚氨酯隔热保温材料。从材料的隔热性能与材料微观孔结构及孔密度两个角度出发,探究了乳化方式、乳液固含量及冷冻降温速率对多孔材料的保温性能及微观结构的影响。实验结果证明了超重力技术的先进性,也为绿色制备各向异性WPU泡沫材料提供了新的研究思路。