疏水-吸湿性pH指示织物涂层的制备及其在快速比色法氨气传感中的应用

本研究针对传统pH指示织物响应气体速度慢、湿度干扰大的问题，开发了一种兼具疏水性和吸湿性的新型织物涂层。通过将可聚合pH指示剂（甲酚红）、吸湿性单体（DADMAC）和疏水性单体接枝到棉织物上，成功制备出具有湿度耐受性的快速NH3传感材料。该材料水接触角达139.4°，吸湿率达11.3%，可在5秒内实现NH3诱导的黄色到紫色的可逆颜色变化，重复使用10次无明显性能衰减，为食品腐败监测提供了简便解决方案。

　　

在环境监测和食品安全领域，氨气(NH₃)作为一种典型的碱性腐蚀性气体，既是工业排放的重要污染物，也是肉类等食品腐败变质的关键指标。传统检测方法依赖复杂仪器设备，而基于pH指示剂的比色传感材料虽具有直观可视的优势，却面临响应速度慢（需24小时）、易受湿度干扰等瓶颈问题。特别是当应用于纺织品等柔性基质时，如何平衡快速响应与抗干扰性能成为技术难点。

江南大学的研究团队创新性地提出"疏水-吸湿协同"设计策略，通过将疏水单体（十六烷基丙烯酸酯）、吸湿性单体（二烯丙基二甲基氯化铵，DADMAC）和可聚合pH指示剂（甲酚红衍生物CR-ISA）共聚接枝到棉织物上，成功开发出具有湿度耐受性的快速NH₃传感材料。该研究成果发表在《Dyes and Pigments》期刊，为解决气体传感领域响应速度与抗干扰性能难以兼得的矛盾提供了新思路。

关键技术方法包括：1）合成可聚合pH指示剂CR-ISA（通过甲酚红与2-异氰酸乙酯丙烯酸酯反应）；2）紫外光引发聚合构建三组分（疏水/吸湿/指示）织物涂层；3）通过接触角测试（WCA）、吸湿率测定和颜色变化动力学评估材料性能；4）使用FT-IR验证化学结构，通过循环测试考察材料稳定性。

【材料与制备】研究团队首先合成了含丙烯酸酯基团的甲酚红衍生物CR-ISA，其颜色变化范围覆盖pH 2-8。通过FT-IR证实成功引入了聚合活性基团，确保其能参与共聚反应。将CR-ISA与DADMAC、十六烷基丙烯酸酯在聚乙二醇二丙烯酸酯交联剂存在下进行UV固化，构建出具有互穿网络结构的功能涂层。

【性能表征】所得织物表现出显著的双重特性：疏水性（水接触角139.4°）使其能抵抗液体水干扰；同时吸湿率达11.3%，但吸湿过程不引起颜色变化。这种"湿度惰性"特性突破了传统吸湿材料必然伴随颜色变化的局限，通过分子设计实现了水分吸收与指示功能的解耦。

【传感性能】在相对湿度11-97%范围内，织物保持稳定的黄色基底。暴露于NH₃蒸气时，5秒内即可发生黄色到紫色的显著变色，响应速度较传统材料提升4个数量级。机理研究表明，吸湿性DADMAC组分捕获环境水分形成局部高湿度微环境，加速NH₃溶解和扩散；而疏水网络阻止水分渗透引起的颜色干扰，二者协同实现快速特异响应。

【实际应用】材料经过10次使用循环后仍保持稳定的变色性能，且可通过酸蒸气处理实现完全再生。将其应用于腐败鱼肉监测时，能通过颜色变化直观反映NH₃释放过程，验证了实际应用的可行性。

该研究通过巧妙的分子工程策略，首次在单一材料体系中实现了疏水-吸湿这对矛盾特性的统一，解决了比色传感领域长期存在的响应速度与抗干扰性能难以兼顾的难题。所开发的织物涂层兼具制备简便（一步UV固化）、响应快速（5秒）、抗干扰性强（全湿度范围稳定）等优势，不仅为NH₃监测提供了新型便携式解决方案，其"功能解耦"的设计理念对开发其他高性能传感材料具有重要启示意义。特别是材料在食品包装领域的应用潜力，有望推动食品安全监测从实验室走向日常生活场景。