CN107189009B - 一种水分散聚合制备阳离子聚丙烯酰胺乳液的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水分散聚合制备阳离子聚丙烯酰胺乳液的方法。该制备方法将非离子单体、阳离子单体、分散稳定剂、部分无机盐和助剂溶于去离子水中，于40～70℃恒温水浴中搅拌形成均相体系，同时通氮气除氧，加入占引发剂原料总质量的50～80％的引发剂，持续反应3～6h后加入剩余的引发剂，再反应，加入剩余的无机盐，继续搅拌，得到阳离子聚丙烯酰胺乳液；本发明运用了一种新型氧化还原引发剂体系，以氧化石墨烯为还原剂，过硫酸盐为氧化剂，通过水分散聚合的方法制备阳离子聚丙烯酰胺乳液。本发明制备的乳液具有速溶、分子量较高、流动性和稳定性良好、聚合过程中几乎不添加有机溶剂、绿色无毒、可吸附微量重金属离子等特点。

Description

一种水分散聚合制备阳离子聚丙烯酰胺乳液的方法
技术领域
本发明涉及一种阳离子聚丙烯酰胺乳液，特别是涉及一种水分散聚合制备阳离子聚丙烯酰胺乳液的方法；属于水溶性高分子领域。
背景技术
阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)是一种能够在水中电离出正离子的水溶性高分子化合物。因CPAM水溶液本身带有正电荷，所以其主要是絮凝带有负电荷的有机胶体或有机化合物，通过电中和、吸附架桥等作用，使之聚沉为较大的絮体。CPAM具有除浊、脱色、吸附、粘合等多种功能；具备pH应用范围宽、原料用量小、毒性轻微、使用方便等优点，适用于造纸、食品、油田等有机胶体含量较高的行业中的废水处理，特别适用于城市污水、城市污泥、造纸污泥及其它工业污泥的脱水处理。
阳离子聚丙烯酰胺的聚合方法先后经历了水溶液聚合、反相乳液或微乳液聚合、水分散聚合等聚合方法。但水溶液聚合法所得产品固含量低，反应过程中不易散热，易发生酰亚胺化交联反应后形成难溶或不溶于水的交联产物，相对分子质量较难控制；若使用干粉产品，在干燥和粉碎过程会产生CPAM的机械降解，从而影响絮凝性能，而且耗能大。反相乳液或微乳液聚合存在以下缺点：在制备过程中需要使用表面活性剂、烃类物质等大量有机溶剂，生产成本高，产品稳定性差，后续脱乳过程复杂，容易对环境造成二次污染，且CPAM的纯度也受到影响等，故无法用于生活饮用水净化领域。水分散聚合是在无机盐水溶液中进行的聚合反应，反应后能够得到外观上类似于乳液的水分散体系，此方法既具有水溶液聚合的工艺简单、操作方便的优势，又具有反相乳液聚合的反应速度快、散热均匀的特性，并且所得聚合物乳液有流动性好，无块状、颗粒状不溶物，速溶，使用方便，环保无毒等优点。
中国发明专利申请CN 102627725A公开了一种阳离子聚丙烯酰胺乳液的合成方法，以叔丁醇、硫酸铵及去离子水的混合溶液为反应介质，以丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵及N-乙烯基吡咯烷酮为反应原料，以过硫酸铵与亚硫酸氢钠为反应引发剂，以聚乙二醇和聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵为分散稳定剂，在氮气保护下进行分散聚合，得到流动性较好的阳离子聚丙烯酰胺乳液。但是该技术所制备的乳液稳定性差(最多两个月)，分子量相对较低(270～350万)，可能因为加入了叔丁醇作为反应介质，单体及低聚物自由基是通过溶胀的通道向颗粒内部扩散并进行固相聚合的，加入叔丁醇并随之浓度的增大，颗粒的溶胀度减小，液相中的自由基向颗粒内部的扩散速率降低，从而固相聚合速率减小，导致聚合物分子量较低。同时，加入叔丁醇，分散稳定剂在混合溶剂分散介质中的溶解性也变差，导致聚合物乳液在体系中的分散效果变差，从而稳定性不高。
因此在保证水分散体系稳定的条件下，致力于降低水分散体系的粘度，尽力提高聚合产物分子量，增加分散体系的溶解性能，是目前合成阳离子聚丙烯酰胺乳液要解决的主要问题，也是水分散聚合技术发展的主要目标。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术问题，部分利用现有的水分散聚合方法，采用新的水分散聚合配方，提供合成出具有良好的流动性及溶解性、分子量较高，且有效提高了水分散乳液的稳定性的阳离子聚丙烯酰胺乳液的方法。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种水分散聚合制备阳离子聚丙烯酰胺乳液的方法，包括如下步骤：将非离子单体、阳离子单体、分散稳定剂、部分无机盐和助剂溶于去离子水中，于40～70℃恒温水浴中搅拌形成均相体系，同时通氮气除氧，加入占引发剂原料总质量的50～80％的引发剂，持续反应3～6h后加入剩余的引发剂，再反应6～12h，加入剩余的无机盐，继续搅拌，得到阳离子聚丙烯酰胺乳液；
其中部分无机盐占无机盐原料总质量的90～95％；
所述非离子单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基(甲基)丙烯酰胺、N-异丙基(甲基)丙烯酰胺、N,N-二甲基(甲基)丙烯酰胺中一种或多种；
所述阳离子单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基三甲基氯化铵中的一种或多种；
所述无机盐为硫酸铵、硫酸钠、氯化钠、氯化铵、磷酸氢铵和磷酸氢钠中的一种或多种；所述分散稳定剂的相对分子质量为30×104～200×104g/mol；
所述引发剂为氧化还原体系，还原剂为氧化石墨烯，氧化剂为过硫酸盐；氧化石墨烯与过硫酸盐的质量比为5:1～1:5。
为进一步实现本发明目的，优选地，所述非离子单体和阳离子单体共同组成反应体系的单体体系，所述单体体系占反应体系质量的5～30wt％，其中阳离子单体占单体体系质量的5～40mol％；所述分散稳定剂用量占整个单体体系质量的10～50％；所述无机盐用量占反应体系的20～40wt％；所述引发剂用量占单体体系质量的0.01～0.1％。
优选地，所述分散稳定剂为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基三甲基氯化铵中的一种或多种聚合而成。
优选地，所述助剂包括掩蔽剂。
优选地，所述掩蔽剂选用乙二胺四乙酸二钠盐；所述掩蔽剂用量占非离子单体质量的0.1～0.5％。
优选地，所述过硫酸盐为过硫酸铵和过硫酸钾的一种或两种。
优选地，恒温水浴中搅拌的搅拌速率为200～500rpm。
优选地，所述加入占引发剂原料总质量的50～80％的引发剂是用注射器向反应体系中注入。
优选地，所述同时通氮气除氧的时间为20～40min；所述继续搅拌的时间为20～40min。
优选地，所述阳离子聚丙烯酰胺乳液为棕褐色。
本发明原理：本发明加入了氧化石墨烯作为引发剂中的还原剂。氧化石墨烯的片层含有大量含氧官能团，并且在片层面的边缘上还分布着较多羧基官能团，这些官能团使得氧化石墨烯具有较高的亲水性，同时氧化石墨烯片层间的静电排斥力也有助于氧化石墨烯片在水中的均匀分散。均匀分散的氧化石墨烯片上的羧基与过硫酸盐发生氧化还原反应，可引发生成多个初级自由基，同时形成多条分子链自由基聚合，当分子链增长达到临界链长之后，从分散介质中沉淀出来，多条分子链将会以氧化石墨烯片层为核心，相互缠结，聚并成核。因为氧化石墨烯片层间的静电排斥力，此时生成的核有更多的时间吸附分散介质中的分散稳定剂，避免了粒子间的相互聚集，使得乳液具有良好的稳定性和流动性。同时氧化石墨烯片层核心具有很大的空间结构，可以捕获更多的单体，从而可得到分子量较高的聚合物产物。本发明制备的阳离子聚丙烯酰胺乳液具有较高的稳定性的同时也具有良好的流动性及溶解性、分子量较高的特点。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、本发明引发剂为氧化还原体系，还原剂为氧化石墨烯，氧化剂为过硫酸盐；均匀分散的氧化石墨烯片上的羧基与过硫酸盐发生氧化还原反应，可引发生成多个初级自由基，同时形成多条分子链自由基聚合，当分子链增长达到临界链长之后，从分散介质中沉淀出来，多条分子链将会以氧化石墨烯片层为核心，相互缠结，聚并成核；氧化石墨烯片层间的静电排斥力，生成的核有更多的时间吸附分散介质中的分散稳定剂，避免了粒子间的相互聚集，使得乳液具有良好的稳定性和流动性。同时氧化石墨烯片层核心具有很大的空间结构，可以捕获更多的单体，从而可得到分子量较高的聚合物产物。
2、本发明所制备的阳离子聚丙烯酰胺乳液流动性好，溶解速度快，分子量较高(300～600万)。
3、本发明所制备的阳离子聚丙烯酰胺乳液稳定性高，最长可以保持乳液9个月不分层。
4、本发明以无机盐水溶液为分散介质，反应过程中不添加有机溶剂和乳化剂，绿色环保，环境友好。
5、本发明以以氧化石墨烯为还原剂，过硫酸盐为氧化剂，其中氧化石墨烯片层具有良好的重金属吸附性，因此本发明所制备的阳离子聚丙烯酰胺乳液可吸附微量重金属离子，更适用于水质复杂的污水处理。
附图说明
图1为实施例1中阳离子聚丙烯酰胺乳液的红外光谱图。
具体实施方式
为更好的理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的的说明，但是本发明的实施方式不限于此。
下面实施例有关的乳液性能表征的测试方法说明如下。
(1)粘均分子量的测定
依据国家标准《GBT 31246-2014水处理剂阳离子型聚丙烯酰胺的技术条件和试验方法》中“5.2相对分子质量的测定”，在30±0.1℃的恒温水浴中，以1mol/L的氯化钠溶液为溶剂，用乌氏粘度计测定CPAM的特性粘数[η]，根据式(1)、(2)计算其特性粘数[η]，并根据式(3)计算其相对分子质量Mv。
Figure BDA0001337248720000042
Mv＝802[η]1.25 (3)
其中，t0是NaCl溶剂的流动时间(s)，t是CPAM待测样液的流动时间(s)，c是cpam试样的实际质量浓度(g·mL-1)，ηr是相对粘度，[η]是特性粘数(mL·g-1)，Mv是粘均分子量(g·mol-1)。
(2)表观粘度的测定
取一定量的CPAM“水包水”乳液于100mL烧杯中，在25℃下用NDJ-1型旋转粘度计(2号转子，转速6r/min)测定CPAM“水包水”乳液的表观粘度ηapp。
(3)溶解性的测定
依据国家标准《GBT 31246-2014水处理剂阳离子型聚丙烯酰胺的技术条件和试验方法》中“5.6溶解时间的测定”，将盛有100mL水和搅拌子(3cm长)的200mL烧杯放入电磁搅拌器上的30±1℃恒温槽中。将电导仪(测量范围0μΩ/cm～105μΩ/cm，配有记录仪，量程4mV)的点击***烧杯，与烧杯壁距离5mm～10mm，与搅拌子距离约5mm，调节液面旋涡深度约20mm。称取有效含量为0.3g的乳液试样，由旋涡上部加入之烧杯中，开始测量直至电导值3min不变为止。从加入试样到电导值开始恒定的时间为溶解时间。
(4)稳定性的测定
将制得的100mL CPAM“水包水”乳液移至存样瓶中于25℃下静置保存，记录其开始凝胶所需的时间，从而考察产物的稳定性。
(5)重金属吸附率的测定
将制得的CPAM“水包水”乳液配制成0.1wt％的水溶液，取10mL的水溶液分别加入到100mL含有0.01wt％Cu2+，Ni2+，Pd2+的硝酸水溶液(硝酸含量2wt％，pH＝6，T＝30±1℃)中，在400rpm磁力搅拌下持续搅拌4h，取其上清液用原子吸收光谱测量其金属含量。根据式(4)计算其吸附率。
吸附率＝(C0﹣C)/C0×100％ (4)
其中，C0为重金属溶液的初始浓度；C为重金属吸附后的浓度。
实施例1
将丙烯酰胺11.88g、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(80wt％)7.85g、聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液(16wt％，分子量1.09×106g/mol)16.875g、硫酸铵35.2g、乙二胺四乙酸二钠0.025g、去离子水44.37g混合搅拌成均相溶液，倒入装有机械搅拌器、冷凝管、温度计和氮气导管的250ml四口烧瓶中，于56℃恒温水浴中以350rpm搅拌速率匀速搅拌，并通氮气30min，然后用注射器将0.7ml的0.5wt％氧化石墨烯水溶液(配制0.5wt％的氧化石墨烯水溶液时需超声分散30min使氧化石墨烯在水溶液中溶解均匀)和1.4ml的0.5wt％过硫酸铵水溶液注入反应体系中，持续反应至体系变为粘稠，过3.5h后再次加入0.3ml的0.5wt％氧化石墨烯和0.6ml的0.5wt％过硫酸铵，反应12h后，加入剩余硫酸铵2.0g，继续搅拌30min后停止搅拌，得到棕褐色阳离子聚丙烯酰胺乳液。
图1为实施例1产物的红外分析图谱，从红外图谱可以看出，在3446cm-1处出现了N-H的伸缩振动特征吸收峰，在2946cm-1处的吸收峰为甲基和亚甲基的非对称伸缩振动吸收峰，1675cm-1处为丙烯酰胺的C＝O的伸缩振动吸收峰，1487cm-1处为DMC中-CH2-N-的亚甲基弯曲振动吸收峰，1113cm-1处为酯基上的C-O特征吸收峰，949cm-1处为DMC中-CH2-N-的特征吸收峰。FTIR分析结果表明所得产物为AM和DMC的共聚产物，即阳离子聚丙烯酰胺P(AM-DMC)。其粘均分子量、表观粘度、溶解性、稳定性和重金属吸附率如表1所示。
实施例2
将丙烯酰胺11.88g、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(80wt％)7.85g、聚丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液(16wt％，分子量1.39×106g/mol)18.00g、硫酸铵37.2g、乙二胺四乙酸二钠0.025g、去离子水45.045g混合搅拌成均相溶液，倒入装有机械搅拌器、冷凝管、温度计和氮气导管的250ml四口烧瓶中，于56℃恒温水浴中以400rpm搅拌速率匀速搅拌，并通氮气30min，然后用注射器将0.7ml的0.5wt％氧化石墨烯水溶液和1.4ml的0.5wt％过硫酸铵水溶液注入反应体系中，持续反应至体系变为粘稠，过4h后再次加入0.3ml的0.5wt％氧化石墨烯水溶液和0.6ml的0.5wt％过硫酸铵水溶液，反应12h后，加入剩余硫酸铵2.0g，继续搅拌30min后停止搅拌，得到棕褐色阳离子聚丙烯酰胺乳液。其粘均分子量、表观粘度、溶解性、稳定性和重金属吸附率如表1所示。
实施例3
将丙烯酰胺11.88g、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(80wt％)3.93g、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(80wt％)3.93g、聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液(16wt％，分子量1.61×106g/mol)18.00g、硫酸铵37.2g、乙二胺四乙酸二钠0.025g、去离子水45.045g混合搅拌成均相溶液，倒入装有机械搅拌器、冷凝管、温度计和氮气导管的250ml四口烧瓶中，于50℃恒温水浴中以350rpm搅拌速率匀速搅拌，并通氮气30min，然后用注射器将0.7ml的0.5wt％氧化石墨烯水溶液和2.1ml的0.5wt％过硫酸铵水溶液注入反应体系中，持续反应至体系变为粘稠，过3h后再次加入0.3ml的0.5wt％氧化石墨烯水溶液和0.9ml0.5wt％过硫酸铵水溶液，反应12h后，加入剩余硫酸铵2.0g，继续搅拌30min后停止搅拌，得到棕褐色阳离子聚丙烯酰胺乳液。其粘均分子量、表观粘度、溶解性、稳定性和重金属吸附率如表1所示。
实施例4
将丙烯酰胺11.88g、二甲基二烯丙基氯化铵(80wt％)7.66g、聚二甲基二烯丙基氯化铵水溶液(16wt％，分子量1.53×106g/mol)19.125g、硫酸铵34.8g、乙二胺四乙酸二钠0.025g、去离子水46.51g混合搅拌成均相溶液，倒入装有机械搅拌器、冷凝管、温度计和氮气导管的250ml四口烧瓶中，于50℃恒温水浴中以350rpm搅拌速率匀速搅拌，并通氮气30min，然后用注射器将0.7ml的0.5wt％氧化石墨烯水溶液和1.4ml的0.5wt％过硫酸钠水溶液注入反应体系中，持续反应至体系变为粘稠，过4.5h后再次加入0.3ml的0.5wt％氧化石墨烯水溶液和0.6ml0.5wt％过硫酸钠水溶液，反应12h后，加入剩余硫酸铵2.0g，继续搅拌30min后停止搅拌，得到棕褐色阳离子聚丙烯酰胺乳液。其粘均分子量、表观粘度、溶解性、稳定性和重金属吸附率如表1所示。
实施例5
将甲基丙烯酰胺11.88g、二甲基二烯丙基氯化铵(80wt％)7.85g、聚甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液(16wt％，分子量1.70×106g/mol)18.25g、硫酸铵37.2g、乙二胺四乙酸二钠0.025g、去离子水44.795g混合搅拌成均相溶液，倒入装有机械搅拌器、冷凝管、温度计和氮气导管的250ml四口烧瓶中，于60℃恒温水浴中以400rpm搅拌速率匀速搅拌，并通氮气30min，然后用注射器将0.7ml的0.5wt％氧化石墨烯水溶液和0.7ml的0.5wt％过硫酸钠水溶液注入反应体系中，持续反应至体系变为粘稠，过4h后再次加入0.3ml的0.5wt％氧化石墨烯水溶液和0.3ml0.5wt％过硫酸钠水溶液，反应12h后，加入剩余硫酸铵2.0g，继续搅拌30min后停止搅拌，得到棕褐色阳离子聚丙烯酰胺乳液。其粘均分子量、表观粘度、溶解性、稳定性和重金属吸附率如表1所示。
实施例6
将甲基丙烯酰胺11.88g、甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵(80wt％)8.15g、聚甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵水溶液(16wt％，分子量1.70×106g/mol)17.35g、硫酸铵37.2g、乙二胺四乙酸二钠0.025g、去离子水45.395g混合搅拌成均相溶液，倒入装有机械搅拌器、冷凝管、温度计和氮气导管的250ml四口烧瓶中，于56℃恒温水浴中以300rpm搅拌速率匀速搅拌，并通氮气30min，然后用注射器将0.7ml的0.5wt％氧化石墨烯水溶液和1.4ml的0.5wt％过硫酸钠水溶液注入反应体系中，持续反应至体系变为粘稠，过3.5h后再次加入0.3ml的0.5wt％氧化石墨烯水溶液和0.6ml0.5wt％过硫酸钠水溶液，反应12h后，加入剩余硫酸铵2.0g，继续搅拌30min后停止搅拌，得到棕褐色阳离子聚丙烯酰胺乳液。其粘均分子量、表观粘度、溶解性、稳定性和重金属吸附率如表1所示。
表1
由表1可以看出，本发明制备的CPAM“水包水”乳液的粘均分子量约为380～580×104g/mol，最高可达到578×104g/mol，而中国发明专利申请CN 102627725A所制备的CPAM乳液的粘均分子量仅为270～350×104g/mol，本发明制备的CPAM“水包水”乳液的相对分子量有明显提高；本发明制备的CPAM“水包水”乳液的表观粘度在230～370mP·s之间，表观粘度越小，其流动性越好，而中国发明专利申请CN 102627725A并未明确测定其流动性，只是大约说明了产品性状；本发明制备的CPAM“水包水”乳液的溶解时间在1min之内，同时根据上文回复中“溶解性的测定”步骤要求及实验观察，溶解过程中没有难溶物质残留，可知本发明制备的乳液具有良好的溶解性，而中国发明专利申请CN 102627725A并未说明其溶解性；本发明制备的CPAM“水包水”乳液的稳定时间在6～9个月，相比之下，中国发明专利申请CN102627725A所制备的CPAM乳液的稳定时间仅2个月，因此本发明制备的CPAM“水包水”乳液明显提高了乳液的稳定性。一般地，市面上出售的CPAM乳液的稳定性为6～9个月，因此本发明制备的CPAM“水包水”乳液完全达到了市面标准；本发明制备的CPAM“水包水”乳液对Cu2+，Ni2+，Pd2+的吸附率都在6％～9％，说明了本发明制备的乳液具有吸附微量重金属离子的性能，而中国发明专利申请CN 102627725A并未拥有此性能。因此，相比中国发明专利申请CN102627725A，本发明制备的阳离子聚丙烯酰胺乳液具有良好的流动性及溶解性、分子量较高，且有效提高了水分散乳液的稳定性。
原因是本发明运用了一种新型氧化还原引发剂体系，它以氧化石墨烯为还原剂，过硫酸盐为氧化剂，氧化石墨烯片层含有大量含氧官能团，并且在片层面的边缘上还分布着较多羧基官能团，这些羧基与过硫酸盐发生氧化还原反应，可引发生成多个初级自由基：
1a)
Figure BDA0001337248720000091
1b)
Figure BDA0001337248720000092
1c)GO-OH+OH·→GO+O·+HO-OH
这些初级自由基引发单体聚合，形成多条分子链自由基聚合，因为氧化石墨烯片层间的静电排斥和空间位阻效应很大，形成的低聚物自由基难以碰撞在一起，产生偶合终止，而中国发明专利申请CN 102627725A使用的是过硫酸铵与亚硫酸氢钠引发剂，产生的低聚物自由基则因为静电排斥和空间位阻效应小，容易产生偶合终止，降低分子量；当分子链增长达到临界链长之后，从分散介质中沉淀出来，多条分子链将会以氧化石墨烯片层为核心，相互缠结，形成初级颗粒，因为片层间的静电排斥和空间位阻效应，使得初级颗粒一时间难以聚并，能够吸附到足够的分散稳定剂，避免了粒子间的相互聚集，使得乳液具有良好的稳定性和流动性；而且以氧化石墨烯片层为核心，其具有很大的空间结构，可以捕获更多的单体聚合，从而可得到分子量较高的聚合物；同时，氧化石墨烯片层上的羧基官能团增加了聚合物的亲水性，使得乳液的溶解性能提升；氧化石墨烯片层具有良好的重金属吸附性，由于加入的量少，因此只具备吸附微量重金属离子的性能。而中国发明专利申请CN102627725A同时加入了叔丁醇作为反应介质，抑制了单体及低聚物自由基通过溶胀的通道向颗粒内部的扩散，导致聚合物分子量较低，也使得分散稳定剂和聚合物在混合溶剂分散介质中的溶解性也变差，从而稳定性不高。

Claims (10)

1.一种水分散聚合制备阳离子聚丙烯酰胺乳液的方法，其特征在于包括如下步骤：将非离子单体、阳离子单体、分散稳定剂、部分无机盐和助剂溶于去离子水中，于40～70℃恒温水浴中搅拌形成均相体系，同时通氮气除氧，加入占引发剂原料总质量的50～80％的引发剂，持续反应3～6h后加入剩余的引发剂，再反应6～12h，加入剩余的无机盐，继续搅拌，得到阳离子聚丙烯酰胺乳液；
其中部分无机盐占无机盐原料总质量的90～95％；
所述非离子单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N‐甲基(甲基)丙烯酰胺、N‐异丙基(甲基)丙烯酰胺、N,N‐二甲基(甲基)丙烯酰胺中一种或多种；
所述阳离子单体为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵和2‐丙烯酰胺基‐2‐甲基丙基三甲基氯化铵中的一种或多种；
所述无机盐为硫酸铵、硫酸钠、氯化钠、氯化铵、磷酸氢铵和磷酸氢钠中的一种或多种；所述分散稳定剂的相对分子质量为30×104～200×104g/mol；
所述引发剂为氧化还原体系，还原剂为氧化石墨烯，氧化剂为过硫酸盐；氧化石墨烯与过硫酸盐的质量比为5:1～1:5。
2.根据权利要求1所述的水分散聚合制备阳离子聚丙烯酰胺乳液的方法，其特征在于：所述非离子单体和阳离子单体共同组成反应体系的单体体系，所述单体体系占反应体系质量的5～30wt％，其中阳离子单体占单体体系质量的5～40mol％；所述分散稳定剂用量占整个单体体系质量的10～50％；所述无机盐用量占反应体系的20～40wt％；所述引发剂用量占单体体系质量的0.01～0.1％。
3.根据权利要求1所述的水分散聚合制备阳离子聚丙烯酰胺乳液的方法，其特征在于：所述分散稳定剂为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酰氧丙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵、甲基丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵和2‐丙烯酰胺基‐2‐甲基丙基三甲基氯化铵中的一种或多种聚合而成。
4.根据权利要求1所述的水分散聚合制备阳离子聚丙烯酰胺乳液的方法，其特征在于：所述助剂包括掩蔽剂。
5.根据权利要求4所述的水分散聚合制备阳离子聚丙烯酰胺乳液的方法，其特征在于：所述掩蔽剂选用乙二胺四乙酸二钠盐；所述掩蔽剂用量占非离子单体质量的0.1～0.5％。
6.根据权利要求1所述的水分散聚合制备阳离子聚丙烯酰胺乳液的方法，其特征在于：所述过硫酸盐为过硫酸铵和过硫酸钾的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的水分散聚合制备阳离子聚丙烯酰胺乳液的方法，其特征在于：恒温水浴中搅拌的搅拌速率为200～500rpm。
8.根据权利要求1所述的水分散聚合制备阳离子聚丙烯酰胺乳液的方法，其特征在于：所述加入占引发剂原料总质量的50～80％的引发剂是用注射器向反应体系中注入。
9.根据权利要求1所述的水分散聚合制备阳离子聚丙烯酰胺乳液的方法，其特征在于：所述同时通氮气除氧的时间为20～40min；所述继续搅拌的时间为20～40min。
10.根据权利要求1所述的水分散聚合制备阳离子聚丙烯酰胺乳液的方法，其特征在于：所述阳离子聚丙烯酰胺乳液为棕褐色。
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