高分子聚電解質既不同於簡單的電解質，也不同於無離解基團的高聚物，表現出特殊的物理化學性能，其研究在理論上有重大的意義。同時，聚電解質具有重要的實用價值，如在汙水處理、土壤改良、三次采油、鑽井液添加劑、製藥等領域有廣泛的應用。在生命科學中，高分子聚電解質的研究對於正確理解生物大分子的作用（如蛋白質和脂類在生命體中的作用）是十分重要的。

聚丙烯酸（PAA）是研究較多的合成聚電解質，其分子鏈在水溶液中離解而帶有大量羧酸陰離子，Ishimuro等較詳細研究了PAA水溶液的表麵張力隨其離解度（PH值）及離子強度（NaCl濃度）的變化。根據含氟烴聚乙二醇的研究可知，全氟烴具有極強的憎水特性，當它作為長鏈分子的一個端基於水溶液中時，鏈端趨向於向空氣-水界麵的吸附，而長鏈則由於與溶劑水的相互作用而在水中形成尾形鏈構象。尤其在高表麵濃度時，形成十分特殊的刷狀高分子。從分子設計來看，若能合成出全氟烴端基聚丙烯酸，由於其端基的特殊結構，它將表現出完全不同於普通聚丙烯酸的界麵吸附行為。

本文報道全氟庚烷端基聚丙烯酸（FPAA）的合成與表征方法，並測定了其水溶液的界麵張力。

1全氟庚烷端基聚丙烯酸的合成

利用自由基聚合反應原理，全氟庚雙酰過氧化物可分解生成全氟庚烷自由基，從而引發丙烯酸聚合，反應方程式如下：

聚合反應是在溶劑CF_{2}CICF CI_{2}中進行的，大自由基將進行鏈轉移，單基或雙基終止反應，從而得出產物。反應步驟為在-17℃溫度下將50mL含有預定摩爾的全氟庚雙酰過氧化物的CF₂CICFCI₂溶液加入有氮氣保護裝置的反應器中，攪拌下加入已精製過的丙烯酸（密度1.0511g/mL），加熱並恒溫在45℃下反應10h，產物通過甲醇-乙酸乙酯溶劑體係重結晶並置真空烘箱中幹燥，稱重並計算產率（如表1）。

2紅外光譜測定

采用Nicolet FT-IR 20SXBLM紅外光譜儀，甲醇溶解製樣。所測樣品的紅外圖譜同聚丙烯酸標準圖譜比較（如圖1）。

3凝膠滲透色譜測產物的分子量

凝膠滲透色譜儀（柱為StyragelHR4E），四氫呋喃溶解製樣，五個樣品測定結果如表2所示。

4聚合物水溶液表麵張力測定

自製滴體積界麵張力儀，其方法和步驟見文獻。測量溫度30℃。

全氟庚雙酰過氧化物的熱分解屬於一級動力學反應，熱分解生成的全氟庚烷基自由基是一個非常活潑的自由基，可引發丙烯酸（AA）在較低溫度下聚合，但產率較低，如表1所示。GPC分子量測定結果（表2）表明，隨丙烯酸與全氟庚基摩爾比增加，產物分子量相應增加，在低摩爾比情況下，多分散指數約在2左右，而高摩爾比時，分子量分布更寬，其多分散指數高達5以上。

同標準聚丙烯酸紅外圖相比較（圖1中PAA），可以清楚看到FPAA樣品1,2具有1335cm⁻¹（CF₃），1213cm⁻¹（CF₂）特征吸收，證明所合成的變性聚丙烯酸確實含有極少量的全氟基團。

水溶液表麵張力測定結果表明，全氟庚烷端基聚丙烯酸水溶液具有相當強的表麵活性（如圖2），例如，樣品1在濃度大於0.05g/mL時，表麵張力可達17.6mN/m（30℃）與全氟庚酸的臨界膠束濃度（cmc約為8.9x10⁻³mol/L）時的表麵張力值（15.2mN/m）相近。根據Gibbs吸附等溫方程，即單位表麵吸附量Γ與其表麵張力γ隨濃度C的變化關係：

式中R是氣體常數，T是絕對溫度，采用溶液表麵張力對其對數濃度作圖可得出Gamma值，再由公式delta=1/left(N_0Gammaright)可以計算出cmc時每個分子在表麵上所占據的平均麵積delta(nm)，其中N_0是阿弗加德羅常數，結果列於表3。

由表3可見，聚丙烯酸（分子量2.5x10⁵）在水溶液中界麵活性極低（數據引自文獻），每個PAA分子對空氣-水界麵的覆蓋十分鬆散，全氟庚酸分子所占約0.21nm²，接近全氟烷烴緊密排列的分子軸截麵積，而FPAA每個分子所占據的表麵麵積在0.32~0.46nm²之間，形成尾形鏈構象的刷狀結構。全氟端基的引入，顯著改變了PAA分子在界麵的構象，由於全氟烴的憎水特性，在水溶液中趨於向水空氣界麵的吸附，從而極大的提高了界麵活性，降低了界麵能。