高分子聚电解质既不同于简单的电解质，也不同于无离解基团的高聚物，表现出特殊的物理化学性能，其研究在理论上有重大的意义。同时，聚电解质具有重要的实用价值，如在污水处理、土壤改良、三次采油、钻井液添加剂、制药等领域有广泛的应用。在生命科学中，高分子聚电解质的研究对于正确理解生物大分子的作用（如蛋白质和脂类在生命体中的作用）是十分重要的。

聚丙烯酸（PAA）是研究较多的合成聚电解质，其分子链在水溶液中离解而带有大量羧酸阴离子，Ishimuro等较详细研究了PAA水溶液的表面张力随其离解度（PH值）及离子强度（NaCl浓度）的变化。根据含氟烃聚乙二醇的研究可知，全氟烃具有极强的憎水特性，当它作为长链分子的一个端基于水溶液中时，链端趋向于向空气-水界面的吸附，而长链则由于与溶剂水的相互作用而在水中形成尾形链构象。尤其在高表面浓度时，形成十分特殊的刷状高分子。从分子设计来看，若能合成出全氟烃端基聚丙烯酸，由于其端基的特殊结构，它将表现出完全不同于普通聚丙烯酸的界面吸附行为。

本文报道全氟庚烷端基聚丙烯酸（FPAA）的合成与表征方法，并测定了其水溶液的界面张力。

1全氟庚烷端基聚丙烯酸的合成

利用自由基聚合反应原理，全氟庚双酰过氧化物可分解生成全氟庚烷自由基，从而引发丙烯酸聚合，反应方程式如下：

聚合反应是在溶剂CF_{2}CICF CI_{2}中进行的，大自由基将进行链转移，单基或双基终止反应，从而得出产物。反应步骤为在-17℃温度下将50mL含有预定摩尔的全氟庚双酰过氧化物的CF₂CICFCI₂溶液加入有氮气保护装置的反应器中，搅拌下加入已精制过的丙烯酸（密度1.0511g/mL），加热并恒温在45℃下反应10h，产物通过甲醇-乙酸乙酯溶剂体系重结晶并置真空烘箱中干燥，称重并计算产率（如表1）。

2红外光谱测定

采用Nicolet FT-IR 20SXBLM红外光谱仪，甲醇溶解制样。所测样品的红外图谱同聚丙烯酸标准图谱比较（如图1）。

3凝胶渗透色谱测产物的分子量

凝胶渗透色谱仪（柱为StyragelHR4E），四氢呋喃溶解制样，五个样品测定结果如表2所示。

4聚合物水溶液表面张力测定

自制滴体积界面张力仪，其方法和步骤见文献。测量温度30℃。

全氟庚双酰过氧化物的热分解属于一级动力学反应，热分解生成的全氟庚烷基自由基是一个非常活泼的自由基，可引发丙烯酸（AA）在较低温度下聚合，但产率较低，如表1所示。GPC分子量测定结果（表2）表明，随丙烯酸与全氟庚基摩尔比增加，产物分子量相应增加，在低摩尔比情况下，多分散指数约在2左右，而高摩尔比时，分子量分布更宽，其多分散指数高达5以上。

同标准聚丙烯酸红外图相比较（图1中PAA），可以清楚看到FPAA样品1,2具有1335cm⁻¹（CF₃），1213cm⁻¹（CF₂）特征吸收，证明所合成的变性聚丙烯酸确实含有极少量的全氟基团。

水溶液表面张力测定结果表明，全氟庚烷端基聚丙烯酸水溶液具有相当强的表面活性（如图2），例如，样品1在浓度大于0.05g/mL时，表面张力可达17.6mN/m（30℃）与全氟庚酸的临界胶束浓度（cmc约为8.9x10⁻³mol/L）时的表面张力值（15.2mN/m）相近。根据Gibbs吸附等温方程，即单位表面吸附量Γ与其表面张力γ随浓度C的变化关系：

式中R是气体常数，T是绝对温度，采用溶液表面张力对其对数浓度作图可得出Gamma值，再由公式delta=1/left(N_0Gammaright)可以计算出cmc时每个分子在表面上所占据的平均面积delta(nm)，其中N_0是阿弗加德罗常数，结果列于表3。

由表3可见，聚丙烯酸（分子量2.5x10⁵）在水溶液中界面活性极低（数据引自文献），每个PAA分子对空气-水界面的覆盖十分松散，全氟庚酸分子所占约0.21nm²，接近全氟烷烃紧密排列的分子轴截面积，而FPAA每个分子所占据的表面面积在0.32~0.46nm²之间，形成尾形链构象的刷状结构。全氟端基的引入，显著改变了PAA分子在界面的构象，由于全氟烃的憎水特性，在水溶液中趋于向水空气界面的吸附，从而极大的提高了界面活性，降低了界面能。