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聚丙烯酰胺具有来源广泛、增稠性好、絮凝性强、价格便宜等优点,但其在高剪切、高温和高盐条件下分子链易卷曲的缺点限制了其应用。针对聚丙烯酰胺的改性方法有很多,如引入耐温抗盐单体或改变其空间结构等。除此之外,还可在聚丙烯酰胺水溶液中添加小分子化合物,利用分子间作用力来提升溶液性能。离子液体具有的熔点低、不挥发、毒性小、化学稳定性及热稳定性强等特点,其在有机合成、环境保护、电化学等领域拥有广泛的应用前景。本文将阴离子丙烯酰胺共聚物与离子液体在水溶液中进行复配,用以改善溶液的性能,以期获得一种耐温抗盐的阴离子丙烯酰胺聚合物-离子液体复合体系,为其在油田上用于抑制黏土水化膨胀提供理论依据。主要研究内容如下:(1)合成了阴离子单体3-丙烯酰胺基-3-甲基丁酸(AMBA)和疏水单体N-十八烷基丙烯酰胺(ODA),并进行了1HNMR、13CNMR表征。AMBA为白色固体粉末,难溶于水,易溶于乙醇和三氯甲烷。ODA为淡黄色固体,不溶于水,可溶于三氯甲烷。(2)以过硫酸铵和亚硫酸氢钠为引发剂,采用水溶液聚合,分别合成了P(AM-NaAMPS)、P(AM-NaAMB)、P(AM-NaAMPA-ODA)和 P(AM-NaAMB-ODA)四种共聚物,并进行了 IR、1H NMR表征。通过单因素法,分别得出三种共聚物的最佳合成条件:P(AM-NaAMPS):m(AM):m(AMPS)=90:10,pH=8,引发剂加量为 0.3 wt%,反应温度为30℃,反应时间为 10 h;P(AM-NaAMB):m(AM):m(AMBA)=90:10,pH=9,引发剂加量为0.4 wt%,反应温度为50℃,反应时间为12 h;P(AM-NaAMPS-ODA):m(AM):m(AMPS):m(ODA)=90:10:0.2,pH=8,引发剂加量为 0.3 wt%,反应温度为 30℃,反应时间为10h;P(AM-NaAMB-ODA)由于长期无法完全溶解而被淘汰。最佳条件合成的 P(AM-NaAMPS)、P(AM-NaAMB)和 P(AM-NaAMPS-ODA)的特性粘数分别为 802 mL/g、875 mL/g 和 887 mL/g。(3)热重分析表明,含有磺酸基团的P(AM-NaAMPS)和P(AM-NaAMPS-ODA)比含有羧酸基团的P(AM-NaAMB)具有更好的热稳定性,而引入疏水长链的P(AM-NaAMPS-ODA)热稳定性有所提高。(4)合成了含有4、8和12个碳烷基链的吡啶类离子液体和咪唑类离子液体,并进行了1H NMR表征。研究表明,离子液体上的烷基链过短,其与共聚物之间的作用力较弱,导致溶液粘度大幅度降低;烷基链过长,与共聚物复配后会产生白色絮状沉淀,影响复合溶液的性能。因此,选择[C8Py]Br和[C8mim]Br作为复合体系中的离子液体部分。离子液体的加入会导致共聚物粘度减小,而且其浓度越大,复合溶液粘度会越小,为保持一定粘度,确定共聚物浓度为2000 mg/L,离子液体浓度为800 mg/L。(5)对P(AM-NaAMPS)-[C8Py]Br、P(AM-NaAMPS)-[C8mim]Br、P(AM-N aAMB)-[C8Py]Br、P(AM-NaAMB)-[C8mim]Br、P(AM-NaAMPS-ODA)-[C8Py]Br、P(AM-NaAMPS-ODA)-[C8mim]Br六种复合体系在水溶液和矿化水溶液的剪切稀释性、剪切恢复性、耐温性和抗盐性进行了研究。结果表明,P(AM-NaAMPS-ODA)-[C8Py]Br复合体系抗剪切性、耐温性和抗盐性最佳。在170 s-1下,该体系在纯水中粘度保留率为36.3%,在矿化水中为27.6%。当温度高于90℃时,该体系在水中最高粘度为25.34 mPa·s,在矿化水中为 16.18 mPa.s。在 30000 mg/LNaCl、2000 mg/L MgCl2和 2000 mg/L CaCl2 中,该体系粘度保留值别为 25.96 mPa s、19.12 mPa s 和 17.08 mPa-s。(6)对(5)中六种复合溶液的静吸附粘度保留率进行了测定。结果表明,含羧酸基团或带有疏水长链的复合体系更容易吸附在石英砂表面,粘度损失较大。加入吡啶离子液体后,复合溶液比加入咪唑离子液体的复合溶液更容易被吸附。P(AM-NaAMPS)-[C8mim]Br体系的经吸附黏度保留率最高,为71.3%。(7)对(5)中六种复合溶液的防膨性能进行研究。结果表明,2000 mg/LP(AM-NaAMPS)+5000 mg/L[C8mim]Br复合溶液的防膨率最高,为68.2%。加入适量KCl有助于提高复合溶液的防膨率,其中2000 mg/L P(AM-NaAMPS-ODA)+5000 mg/L[C8mim]Br+2.0 mol/LKCl复配溶液的防膨率可达95.5%。