本研究中，采用醋酸纤维素（CA）（分子量40000）为纺丝原料，丙酮、N，N-二甲基乙酰胺（DMAc）为溶剂，DTMS、正硅酸四乙酯（TEOS）为改性剂，制备CA平滑膜作为对比组，以摩尔比TEOS/DTMS/C2H5OH/H2O/HCl=0.5/0.1/20/11/0.008的比例制备溶胶—凝胶（Ⅰ），溶胶—凝胶（Ⅱ）为不添加DTMS的对照组。
图6-11中（a）和（d）为CA平滑膜，（b）～（f）为CA纤维膜，可以直观地看出纤维膜具有纤维堆积而成的无规网状结构。从图6-11（b）可以看出无涂层改性的8wt%CA纤维直径分布较大且平均直径为183nm，同时，由于纺丝浓度低形成了微球/纤维共存的结构，这种结构是材料具有超疏水特性的重要因素之一［18］。图6-11（e）为涂层改性的8wt%CA纤维膜的FE-SEM图，可以看出材料中的微球/纤维共存结构并没有因为涂层改性而破坏。图6-11（c）和（f）分别展示了未处理与溶胶—凝胶（Ⅰ）处理后10wt%CA纤维膜的SEM图。可以看出随着聚合物浓度的增加，纤维膜中珠粒消失且纤维平均直径也增加到344nm，经过溶胶—凝胶（Ⅰ）处理后，纤维膜的形貌与结构未发生改变，但直径增加到了504nm，与此同时，纤维间的粘连程度也有显著的提升［28-29］。
图6-11 （a）无涂层改性的CA平滑膜的FE-SEM图；（b）无涂层改性的8wt%CA纤维膜的FE-SEM图；（c）无涂层改性的10wt%CA纤维膜的FE-SEM图；（d）溶胶—凝胶（Ⅰ）涂层改性的CA平滑膜的FE-SEM图；（e）溶胶—凝胶（Ⅰ）涂层改性的8wt%CA纤维膜的FE-SEM图；（f）溶胶—凝胶（Ⅰ）层改性的10wt%CA纤维膜的FE-SEM图
图6-12 （a）10wt%CA纤维膜的XPS图；（b）溶胶—凝胶（I）涂层改性的10wt%CA纤维膜的XPS图
XPS分析可以用于检测纤维膜表面溶胶—凝胶（Ⅰ）层的存在。图6-12（a）和（b）分别对应图6-11（c）和（f），如图6-12（a）所示，未经表面改性的10wt%CA纤维膜表面的O/C摩尔比为2.54/1，经过溶胶—凝胶（Ⅰ）处理后，纤维膜表面的O/C/Si摩尔比为2.16/1/0.71。根据溶胶—凝胶（Ⅰ）处理液中各组分的比重（TEOS/DTMS=5/1），计算得到的C和Si的摩尔比为1/0.75，与XPS测得的纤维膜表面的C/Si摩尔比（1/0.71）相近，表明溶胶—凝胶（Ⅰ）成功固定在了纤维膜表面。
材料的疏水性可以用WCA与WSA进行衡量。图6-13（a）为CA平滑膜的WCA（62°），说明CA平滑膜具有亲水的特性［21］。经过溶胶—凝胶（Ⅰ）处理后，CA平滑膜WCA变成了103°［图6-13（b）］，说明溶胶—凝胶（Ⅰ）表面改性使得材料由亲水向疏水转变，这主要是由于DTMS中含有CH基团，具有低表面能特性，但经过改性后的CA平滑膜还是没有达到超疏水的特性。图6-13（c）为CA（10wt%）纤维膜的WCA，可以看到WCA为0，这是由于CA表面的大量羟基使得水被纤维膜吸收［30］。DTMS和TEOS在CA纤维膜表面发生水解缩聚反应从而构筑了疏水层。如图6-13（d）和（e）所示，纤维膜的WCA分别达到了156°与153°，这是由于纤维膜表面较平滑膜表面更为粗糙，使得疏水角有了显著提升。图6-13（f）为溶胶—凝胶（Ⅱ）涂层改性的CA（10wt%）纤维膜的WCA，由于CA表面仅存在TEOS水解形成的亲水SiO2层，同时静电纺纤维膜具有一定粗糙度使得材料的WCA为0，这进一步证明了DTMS中的CH基团是提升材料疏水性的关键。
图6-13 （a）CA平滑膜的水接触角；（b）溶胶—凝胶（Ⅰ）改性的CA平滑膜的WCA；（c）CA（10wt%）纤维膜的WCA；（d）溶胶—凝胶（Ⅰ）涂层改性的CA（8wt%）纤维膜的WCA；（e）溶胶—凝胶（Ⅰ）涂层改性的CA（10wt%）纤维膜的WCA；（f）溶胶—凝胶（Ⅱ）涂层改性的CA（10wt%）纤维膜的WCA(www.xing528.com)
除了材料的表面能之外，材料本身的粗糙度也影响材料的疏水性，为此进一步利用AFM表征材料表面的粗糙程度。图6-14为CA平滑膜与纤维膜的AFM图，由图可知，平滑膜表面光滑平整，粗糙度分别为94nm与61nm，纤维膜表面粗糙度分别为249nm与357nm，远远高于平滑膜的粗糙程度，这也证明了图6-13中改性后CA平滑膜的WCA小于纤维膜的WCA。
图6-14 10wt%CA平滑膜的AFM图：（a）未经处理原膜，（b）DTMS涂层改性；10wt%CA纤维膜的AFM图；（c）未经处理原膜，（d）DTMS涂层改性
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