乳液聚合过程中成核的方式主要为液滴成核，其形成的条件是单体液滴必须在合适的直径范围内。因此，乳液聚合工业制备过程中存在产量受限、能耗高等缺陷。如何实现高通量的乳液可控制备是目前研究的重要方向之一。超重力技术作为一种应用广泛的过程强化技术，它利用转子高速旋转形成超重力环境，加之填料高剪切作用，能够使流体在短时间内高度分散、流体界面快速更新、液滴单元激烈碰撞，从而制备出大量的微液滴。其生产过程中放大效应小、综合效能高，因此己被广泛应用于纳米材料制备、污染气体处理、多相复杂反应过程强化等领域。 本课题围绕乳液聚合过程中实现乳液宏量可控制备与聚合新工艺等关键问题，提出利用高超重力环境强化分散相以实现微液滴及乳液可控制备的研究思路，并结合乳液聚合体系与新工艺开发以达到聚合过程可控的目标，主要创新工作如下: 1.基于超高转速旋转填充床（Ultra High-Speed Rotating Packed Bed，简称UHS-RPB）模拟高超重力环境，探索微液滴可控制备的可行性。考察了超重力水平、进料速度、液体粘度、液体表面张力、填料类型和孔径对微液滴平均直径和直径分布的影响规律。研究结果表明，液滴平均直径随填料孔径、转速、粘度的增大而减小，随表面张力的增大而增大，随液体进料速度的增大略有增大;采用无量纲分析法建立液滴平均直径关联式，其预测值和实验值之间的误差在±15％以内;转速在1000-9000r/min范围内，生成微液滴的平均直径为27-182μm;液滴的直径分布符合R-R分布模型;通过调节转速和填料孔径实现了对微液滴尺寸的调控。与旋转盘制备液滴相比，本研究中所制备液滴的平均直径更小。 2.填料是影响微液滴直径大小和分布的重要因素。本课题深入比较了不同填料在高超重力环境下制备微液滴的性能，并重点比较了泡沫镍填料和3D打印丝网填料的性能，确定了用于高超重力环境下制备微液滴性能较佳的填料，研究了液体进料速度、物性参数（如液体粘度、表面张力等）对微液滴的平均直径及直径分布的影响规律。 3.发明了一种基于UHS-RPB制备乳状液的新方法，以煤油/水作为乳化体系，全面研究了UHS-RPB的乳化性能，考察了不同水/油相流量、转速、填料种类、填料孔径以及乳化剂含量等参数对所制备乳液的分散相平均直径和直径分布的影响规律。研究结果表明，提高转子转速和减小填料孔径可以提高反应器的乳化性能，减小制备乳液分散相的平均直径和分布宽度;减小油相流量和增加乳化剂用量，乳液的平均粒径随之减小。在转速为3000-9000r/min范围内，所制备乳液的分散相平均直径为13-48μm。与传统的高速搅拌制备乳液相比，可以大大减少对连续相做功。 4.选用苯乙烯-马来酸酐(St-MAH)交替共聚体系，创新性地用乳液聚合的方法制备St-MAH共聚物微球。由于马来酸酐有水解作用，前入主要是通过沉淀聚合，特别是自稳定沉淀聚合，制备不同形貌的微球。本研究以乳状液的平均粒径(d32)、粒径分布宽度和扫描电镜分析共聚物形貌特征、红外光谱仪分析聚合物结构组成作为乳状液和聚合物产品的评价指标。首先在高速搅拌机乳化条件下探索聚合反应时间、搅拌速度、单体配比、乳化剂、交联剂种类及占比、引发剂占比等对聚合物产品粒径分布和形貌的影响。结果表明，单体的转化率在120min后稳定;在苯乙烯-马来酸酐的配比为40.0∶57.5条件下可制得形貌一致、粒度均一的乳液聚合物产品;明确了操作参数、配方体系及聚合工艺等对St-MAH共聚微球的形貌、粒径大小、粒径分布的影响规律。 5.依托UHS-RPB装置所产生的高超重力环境，实现了St-MAH乳液聚合中乳液的制备。成功制备了特殊形貌及优异性能的St-MAH共聚物微球。产品显示出优异的吸附性能。与传统乳液聚合相比，借助UHS-RPB装置易于实现宏量可控乳液聚合过程，为乳液聚合搭建了新型的乳液聚合工艺平台。
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