高分子聚電解質(zhì)既不同于簡(jiǎn)單的電解質(zhì)，也不同于無(wú)離解基團的高聚物，表現出特殊的物理化學(xué)性能，其研究在理論上有重大的意義。同時(shí)，聚電解質(zhì)具有重要的實(shí)用價(jià)值，如在污水處理、土壤改良、三次采油、鉆井液添加劑、制藥等領(lǐng)域有廣泛的應用。在生命科學(xué)中，高分子聚電解質(zhì)的研究對于正確理解生物大分子的作用（如蛋白質(zhì)和脂類(lèi)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(zhì)，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水溶液的表面張力隨其離解度（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(cháng)鏈分子的一個(gè)端基于水溶液中時(shí)，鏈端趨向于向空氣-水界面的吸附，而長(cháng)鏈則由于與溶劑水的相互作用而在水中形成尾形鏈構象。尤其在高表面濃度時(shí)，形成十分特殊的刷狀高分子。從分子設計來(lái)看，若能合成出全氟烴端基聚丙烯酸，由于其端基的特殊結構，它將表現出完全不同于普通聚丙烯酸的界面吸附行為。

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

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(guò)氧化物可分解生成全氟庚烷自由基，從而引發(fā)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(jìn)行的，大自由基將進(jìn)行鏈轉移，單基或雙基終止反應，從而得出產(chǎn)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(guò)氧化物的CF?CICFCI?溶液加入有氮氣保護裝置的反應器中，攪拌下加入已精制過(guò)的丙烯酸（密度1.0511g/mL），加熱并恒溫在45℃下反應10h，產(chǎn)物通過(guò)甲醇-乙酸乙酯溶劑體系重結晶并置真空烘箱中干燥，稱(chēng)重并計算產(chǎn)率（如表1）。

2紅外光譜測定

采用Nicolet FT-IR 20SXBLM紅外光譜儀，甲醇溶解制樣。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(chǎn)物的分子量

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

4聚合物水溶液表面張力測定

自制滴體積界面張力儀，其方法和步驟見(jiàn)文獻。測量溫度30℃。

全氟庚雙酰過(guò)氧化物的熱分解屬于一級動(dòng)力學(xué)反應，熱分解生成的全氟庚烷基自由基是一個(gè)非?；顫姷淖杂苫?，可引發(fā)丙烯酸（AA）在較低溫度下聚合，但產(chǎn)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(chǎn)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(shí)，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（CF?），1213cm?1（CF?）特征吸收，證明所合成的變性聚丙烯酸確實(shí)含有極少量的全氟基團。

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

式中R是氣體常數，T是絕對溫度，采用溶液表面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(shí)每個(gè)分子在表面上所占據的平均面積delta(nm)，其中N_0是阿弗加德羅常數，結果列于表3。

由表3可見(jiàn)，聚丙烯酸（分子量2.5x10?）在水溶液中界面活性極低（數據引自文獻），每個(gè)PAA分子對空氣-水界面的覆蓋十分松散，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面積，而FPAA每個(gè)分子所占據的表面面積在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(zhù)改變了PAA分子在界面的構象，由于全氟烴的憎水特性，在水溶液中趨于向水空氣界面的吸附，從而極大的提高了界面活性，降低了界面能。