阳离子丙烯酰胺类聚合物(CPAM)是对丙烯酰胺类聚合物进行阳离子改性后得到的产物,由于其分子结构上带有多个季铵盐基团,因此可吸附带负电的小分子化合物,具有除浊、脱色、吸附等功能,适用于染色、造纸、冶金、选矿、煤粉、油田等领域。在油田黏土防膨领域,阳离子丙烯酰胺类聚合物由于其结构特点,可在黏土颗粒表面形成多点吸附,具有用量少、效率高、适用pH范围广的特点。目前,网状交联型聚合物和超支化聚合物在油田领域的应用已成为油田化学工作者们的重要研究内容。相比于同等分子量的线性聚合物,超支化聚合物具有黏度低、溶解性好的特点;此外,由于其分子结构的末端带有大量活性官能团,可经不同途径改性后用于不同领域。本文将阳离子丙烯酰胺聚合物与h-PAMAM型超支化胍盐在水溶液中进行复配,获得一种通过氢键作用形成的胍盐-聚合物超分子复合体系,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)合成了含硫脲基功能单体1-烯丙基-3-苯基硫脲(APTU)和1-烯丙基-3-甲基硫脲(AMTU),以及与APTU结构类似的功能单体烯丙基对甲苯磺酰胺(ABSM)并进行了 FT-IR和1H NMR表征。(2)以水溶性偶氮类引发剂V50为引发剂,采用水溶液聚合,分别合成了 P(AM-DAC-ABSM)、P(AM-DAC-APTU)和 P(AM-DAC-AMTU)三种共聚物,并进行了 IR表征,测定了共聚物的组成。通过单因素法,分别得出三种共聚物的最佳合成条件:P(AM-DAC-ABSM):m(AM):m(DAC)=6:4,ABSM 加量为 0.8 wt%,引发剂浓度为 0.3 wt%,反应温度为65℃,反应时间为8 h;P(AM-DAC-APTU)与P(AM-DAC-AMTU)的最佳合成条件:m(AM):m(DAC)=7:3,APTU(AMTU)加量为 1.0 wt%,引发剂浓度为 0.3wt%,反应温度为55℃,反应时间为8 h。(3)最佳条件下合成的 P(AM-DAC-ABSM)、P(AM-DAC-APTU)和 P(AM-DAC-AMTU)的特性粘数分别为706 mL/g、659 mL/g和734 mL/g。热重分析表明,含有刚性基团苯环的P(AM-DAC-APTU)与P(AM-DAC-ABSM)的热稳定性能优于聚合物P(AM-DAC-AMTU)。(4)合成了 h-PAMAM与h-PAMAM型胍盐并进行了 FT-IR和1H NMR表征。研究表明,在聚合物溶液中加入胍盐后,对含硫脲基官能团的聚合物P(AM-DAC-APTU)和P(AM-DAC-AMTU)而言,防膨率提升了 4个百分点且达到最大防膨率的聚合物浓度降低了约2000mg/L,对于聚合物P(AM-DAC-ABSM)则只有防膨率的提升。为了使防膨率在后期性能研究中发生明显变化便于观察,选择胍盐浓度为100mg/L,聚合物浓度为5000 mg/L形成复合体系。(5)对 P(AM-DAC-ABSM)、P(AM-DAC-APTU)和 P(AM-DAC-AMTU)三种单一的聚合物及其与h-PAMAM型胍盐的复合溶液体系在常用无机盐溶液中的防膨率进行了研究。结果表明,盐浓度过大时会破坏聚合物与h-PAMAM胍盐之间的相互作用,但由于这些常用无机盐本身具有一定的防膨效果,故三种聚合物及其与胍盐的复合物在常用无机盐溶液中时,防膨率先略有上升后下降或趋于平稳。胍盐-P(AM-DAC-ABSM)复合溶液体系与三种无机盐复配后的最大防膨率为92%左右;P(AM-DAC-APTU)和P(AM-DAC-AMTU)的复合体系与三种无机盐复配后最大防膨率分别在94%。和96%左右。(6)对(5)中六种溶液体系在不同温度和经不同次数水洗后的防膨率保留值进行了测定。结果表明,P(AM-DAC-APTU)和P(AM-DAC-AMTU)与胍盐的复合体系防膨率随温度先略上升后下降,100℃时防膨率保留值分别为76.1%,73.1%。P(AM-DAC-ABSM)-胍盐复合溶液以及三种单一的聚合物溶液防膨率则随着温度的升高而下降,100 ℃时防膨率保留值为71.5%。(7)对(5)中六种溶液体系进行了岩屑回收率实验研究。结果表明,聚合物及其复合体系不仅具有良好的防膨效果,还具有优异的长效性。(8)研究了(5)中六种溶液体系的剪切性能以及黏弹性。结果表明,P(AM-DAC-APTU)和P(AM-DAC-AMTU)与胍盐的复合体系剪切稀释性能和黏弹性能均优于单一的聚合物溶液,P(AM-DAC-ABSM)与胍盐的复合体系则与三种单一的聚合物溶液差别不大;6种溶液体系均具有较好的剪切恢复性能,黏度损失率在3%以内。