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水溶性聚合物和表面活性剂均是应用十分广泛的功能性添加剂,一直是物理化学领域中值得深入研究的焦点,聚合物主要用于维持较高的体相粘度,表面活性剂主要用来降低表/界面张力。已有研究表明,聚合物和表面活性剂复配后可展现出优于单一组分的体相或界面性能,利用二者的协同作用,可使复合体系的性能得到进一步优化,在三次采油及日用化学等领域具有重要应用前景。然而,已见报道的具有协同增效作用的复合体系中的聚合物和表面活性剂大多带相反电荷,此类体系的相互作用依赖于pH、电解质浓度及聚合物或表面活性剂分子的电荷密度,通常只能在很窄的聚合物和表面活性剂的比例范围内实现增效,且复配后易产生沉淀,因此其应用受到一定的限制。而对于聚合物和表面活性剂间存在弱相互作用的复合体系,有可能通过界面和体相中的弱相互作用实现协同增效,并可避免强相互作用复合体系的风险。因此,复合体系弱相互作用机制的研究十分重要,但现有文献报道较少。另外,聚合物/表面活性剂复合体系在实际应用中常涉及到无机盐浓度较高的情况,如油田化学和日用化学领域中常用的聚合物即因抗盐性不理想,在实际应用中受到了极大限制。因此,采用具有抗盐性的聚合物和表面活性剂组成复合体系,研究其分子行为和相互作用机理,揭示优化其体相和界面性能的理论机制,对于指导聚合物和表面活性剂复合体系的实际应用,以及探索降本增效的技术途径均具有深远的影响,不仅具有较高的理论意义,也具有较高的应用价值。为此,本文选择了具有较强抗盐性的新型合成聚合物(疏水改性聚丙烯酰胺(HA-PAM))以及天然聚合物(一种深海细菌分泌的胞外多糖(EPS)和卡拉胶),研究它们与油田化学和日用化学领域中常用的几种抗盐性好的表面活性剂组成的复合体系的性能,结合分子模拟手段和实验研究方法,考察聚合物和表面活性剂的分子行为和相互作用,揭示了基于氢键或疏水作用力等弱相互作用优化体系体相和界面性能的机理,并考察了各种因素如聚合物、表面活性剂以及电解质浓度和温度等的影响,所取得研究成果丰富了对聚合物和表面活性剂相互作用的科学认识,并为新型聚合物和表面活性剂复合体系在二元驱、泡沫驱及日用化学品中的应用提供了科学依据。本论文主要研究内容及结论如下：(1)研究了HA-PAM溶液的体相流变性,考察了各因素如聚合物浓度、温度、剪切速率、特别是无机离子类型及浓度等的影响,结合分子动力学模拟,探讨了聚合物的分子行为对性能的影响机制。研究结果表明,与部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)相比,HA-PAM分子间的疏水缔合作用促进了分子间交联,显著提高了溶液的耐温、耐盐、抗剪切性能和弹性,可为聚合物和表面活性剂在强化采油和日用洗涤等领域中的应用提供有益借鉴。(2)研究了HA-PAM与烷醇酰胺(LAA)、十二烷基硫酸钠、椰油酰胺丙基羧基甜菜碱、十二烷基磺基甜菜碱(DSB)、单十二烷基九聚乙二醇醚等多种表面活性剂复配体系的流变性,借助介观模拟手段重点考察了基于弱疏水作用的HA-PAM与非离子型表面活性剂烷醇酰胺复合体系的分子行为、流变性质,以及烷醇酰胺浓度、温度、无机盐对溶液性质的影响。研究结果表明,在聚合物和表面活性剂配比不同的情况下,烷醇酰胺(LAA)以不同的形式与HA-PAM侧链发生疏水缔合,使复合体系在很大的配比和浓度范围内均保持高粘度。在合适量无机盐存在下或在测定的20～70℃温度范围内提高温度时,疏水增粘效应会进一步增强。因此,LAA不仅能够显著增强HA-PAM溶液的抗盐性,而且能够在较高的温度时阻碍粘度的降低,显著增强溶液抗温性。HA-PAM/LAA二元体系在高盐油藏中具有较强的应用前景。(3)研究了EPS与两性表面活性剂DSB复合体系的界面和体相性能,发现EPS在很大的DSB浓度范围内均能显著提高DSB的起泡能力和泡沫稳定性,并大大降低了DSB生成稳定泡沫的最低浓度。机制研究表明,EPS和DSB在体相和气液界面均存在弱的静电和氢键作用,从而影响了表面活性剂分子的界面排布和性能。此种聚糖／表面活性剂复合体系,不仅性能高,致效浓度低,而且具有环境友好性,在日化及三采领域具有良好的应用前景。(4)研究了EPS和极性基带有软连接基团的离子型表面活性剂聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)复合体系的界面和体相性能,并重点考察了无机盐对复合体系分子行为和性能的影响,结果表明EPS依靠其与AES极性基间的弱氢键作用可大幅度提高AES的起泡能力和稳定性,而多价无机阳离子的“桥连”效应使得相互作用在高盐条件下得到进一步加强,从而保障了该体系在很宽的表面活性剂浓度以及无机盐浓度范围内均保持优异性能。对该体系协同效应产生机理的深入探究,验证了基于弱相互作用的聚合物和表面活性剂复合体系能提高泡沫性能的思路。本工作不仅提供了一种在油田和日化领域中具有应用前景的环境友好型泡沫体系,而且对设计其它环境友好型的高效体系具有指导作用。(5)研究了卡拉胶与AES复合体系及其在无机盐存在条件下的体相和界面性质,结果表明,卡拉胶能在一定程度上提高AES的泡沫稳定性及抗盐性能,本体系的系统研究能为进一步发掘或预测何种聚合物/表面活性剂能提高体系的界面和体相性能提供技术指导。综上所述,本文系统研究了几种基于弱相互作用的聚合物/表面活性剂复合体系的分子行为及其对体相和界面性能的影响,利用分子模拟和实验结合的手段探究了复合体系的协同增效机制,不仅丰富了胶体与界面化学理论,而且对聚合物和表面活性剂复合体系在油田及日化领域中的广泛应用具有理论指导意义。