酰胺-2-甲基丙磺酸，或其盐）的单体或通过加入具有膦酸基 团（例如2-丙烯酰胺乙基膦酸和3-甲基丙烯酰胺丙基膦酸，或其盐）的单体来引入。合 适的基于（甲基）丙烯酸酯的强阳离子交换树脂在美国专利7, 098, 253 (Rasmussen等人）、 7, 683, 100(Rasmussen等人）和 7, 674, 835(Rasmussen等人）中进一步被描述。
[0064] 强酸阳离子交换树脂可从多个供应商商购。实例包括以商品名称AMBERLYST(例 如AMBERLYST15、AMBERLYST35、AMBERLYST40 和AMBERLYST70)，以商品名称DOWEX(例 如DOWEXMARATHON和DOWEXM0N0SPHERE)，以商品名称AMBERJET(例如AMBERJET1000H)， 和以商品名称AMBERLITE(例如AMBERLITEIR120H)从密歇根州米德兰市的陶氏化学（Dow Chemical，Midland，MI)商购获得的阳离子交换树脂。
[0065] 强酸阳离子交换树脂可以是凝胶型树脂或大孔（即大网络）的树脂。如本文所用， 术语"大孔"是指即使在干燥状态下也具有永久性孔结构的颗粒。虽然树脂在与溶剂接触时 能够膨胀，但不需要膨胀来使得通过孔结构到达颗粒内部。相比之下，凝胶型树脂在干燥状 态下不具有永久性孔结构，但是必须通过合适的溶剂予以膨胀以允许到达颗粒的内部。在 许多实施例中，强酸阳离子交换树脂是大孔的。与凝胶型树脂相比，大孔树脂倾向于具有更 高的交联密度。
[0066] 阳离子交换树脂的离子交换容量通常至少每升0. 2当量，至少每升0. 5当量，至少 每升1当量，或至少每升2当量。容量通常至多每升10当量，至多每升8当量或至多每升 5当量。容量可以例如在每升0. 1到10当量的范围中，在每升0. 5到10当量的范围中，或 在每升0. 5到5当量的范围中。通常期望高容量，以将作为双（乙二肟）-过渡金属络合物 的一部分的更多过渡金属离子吸附到阳离子交换树脂上。
[0067] 在一些实施例中，固体载体可包括固体金属氧化物载体。固体金属氧化物载体可 以是相对无色的（例如，透明、白色等）并且能够吸附或结合到发色物质。在一些实施例 中，本发明提供的固体金属氧化物载体包括硅、铝、锆、钛或它们的组合的氧化物。合适的金 属氧化物的非限制性实例包括二氧化硅、氧化铝、氧化锡、氧化锌、氧化钛、氧化锆、氧化镧 ("稀土"）以及它们的混合物。金属氧化物载体还可包括由反应性固体硅铝酸盐源（诸如 去羟基化粘土）与碱式娃酸盐溶液的反应形成的无机聚合物（地质聚合物），如MacKenzie 等人，MaterialsLetters, 63, 230-232 (2009)(MacKenzie等人，《材料快报》，第 63 卷，第 230-232页，2009年）中所述的那些。在一些实施例中，本发明提供的固体金属氧化物载体 可包括氧化铝或二氧化硅凝胶、小珠或固体载体。其他示例性金属氧化物载体包括氧化锆 球剂或氧化钛（IV)球剂。在一些实施例中，固体金属氧化物载体可包括小珠、球剂、球、颗 粒剂、挤出物、片剂、纳米颗粒、纤维、棒、针、织造物或非织造物。在一些实施例中，金属氧化 物载体可以是膜形式，诸如涂层和自立膜。
[0068] 在一些实施例中，湿气指示介质包括结合到固体载体的双（乙二肟）_过渡金属络 合物。"结合"是指在双（乙二肟）_过渡金属络合物与固体载体之间存在吸引相互作用。 吸引相互作用可包括共价键、离子键、配价键、金属键、氢键、范德华力、静电力、化学吸附、 物理吸附或将双（乙二肟）_过渡金属络合物吸引到固体载体的任何其他相互作用。例如， 当不溶于水或微溶于水的双（乙二肟）_过渡金属络合物结合到固体载体时，通常不能用水 连续或持续冲洗来去除。在一些实施例中，吸引相互作用包括氢键。
[0069] 双（乙二肟）_过渡金属络合物包括与过渡金属形成络合物的两个乙二肟部分。双 (乙二肟）_过渡金属络合物通常具有式（I)的结构：
[0070]
[0071] 其中：
[0072] M为过渡金属；并且
[0073] R独立地选自包括以下的基团：烷基，诸如乙基和甲基；芳基，诸如苯基；含硫芳 基，诸如噻吩；和杂环基团，诸如哌啶和吗啉。
[0074] 常见的乙二肟部分包括二烷基乙二肟，例如诸如二甲基乙二肟和二乙基乙二肟。 还可用于本发明提供的组合物中的常见乙二肟包括二苯基乙二肟和双（苯硫基）乙二肟。 另外，已使吗啉和哌啶与反式-氯代乙二肟反应得到吗啉乙二肟和哌啶乙二肟。由于过渡 金属离子与乙二肟物质的杂原子（例如，氮和氧）络合，设想乙二肟分子上的其他取代基 可能是有用的组成，前提是它们不干扰两个乙二肟部分与过渡金属离子的络合能力。当络 合时，双（乙二肟）_过渡金属络合物通常具有正方平面构型。在一些实施例中，双（乙二 肟）_过渡金属络合物可包括本领域普通技术人员熟知的铑、铱、铂、钯、金、镍或铜的离子， 以与如二甲基乙二肟的乙二肟部分形成正方平面配位络合物。在湿气指示介质中使用的示 例性双（乙二肟）_过渡金属络合物是镍二甲基乙二肟。示例性镍双（二甲基乙二肟）络 合物、双（二甲基乙二肟）镍（II)的结构在下面的式（II)中示出：
[0075]
[0076] 使用上述组合物中的一些，可构造比色湿气指示介质。例如，当固体金属氧化物载 体为氧化铝、氧化硅或它们的组合时，并且当双（乙二肟）_过渡金属络合物包括镍和两个 二甲基乙二肟部分（式（II)中示出的络合物）时，可形成可逆比色湿气指示介质。
[0077] 所实施的湿气指示介质的颜色可根据与湿气指示层120, 220接触的湿气（例如， 液态水、冷凝水、湿度或相对湿度等）的量定量且可逆地改变。例如，本发明提供的一种包 含双（乙二肟）-过渡金属络合物（双（二甲基乙二肟合）-镍（II))的组合物在约460nm 至约570nm的波长下具有强吸收，在约520nm的波长下具有峰。在460nm至560nm的波长范 围中的可见光谱学反射强度以及组合物的颜色根据与组合物接触的湿气（例如，液态水、 冷凝水、湿度或相对湿度等）的量定量且可逆地改变。"定量地"是指在460nm至560nm的 波长范围中的反射强度以及颜色与湿度的量具有一对一的相关性。"可逆"是指当组合物暴 露于一组湿度条件下时，其具有特定的吸收特性；当这组湿度条件改变时，组合物的颜色发 生改变，以得到不同的特定反射光谱；并且，当组合物恢复到其初始的一组湿度条件时，光 谱学反射光谱（或颜色）恢复到其初始的特定吸收特性。许多其他具有正方平面构型的双 (乙二肟）-过渡金属络合物的可见吸收峰或反射谷是熟知的。
[0078] 在一些实施例中，湿气指示介质可包括固体金属氧化物载体、结合到载体的双 (乙二肟）_过渡金属络合物、以及通过与固体金属氧化物载体的表面上的至少一个羟基键 合的硅醇而结合到固体金属氧化物载体的含甲硅烷基的化合物。在一些实施例中，载体的 不超过约50%的表面羟基基团结合到含甲硅烷基的化合物。双（乙二肟）_过渡金属络合 物和固体金属氧化物载体在上文描述。
[0079] 具有羟基或可水解基团的含甲硅烷基的化合物可与金属氧化物的表面羟基基团 反应并取代含甲硅烷基的化合物上的羟基或可水解基团，以形成-Si-O-M-共价键（M为金 属或Si)。通过此硅烷化过程，金属氧化物表面可被含甲硅烷基的基团覆盖。改性后的金属 氧化物表面的特性至少部分地反映了含甲硅烷基的基团的特性。
[0080] 固体金属氧化物载体的硅烷改性可通过多种已知的方法实现。在一些实施例中， 固体金属氧化物载体可以与含甲硅烷基的化合物接触，以形成经硅烷改性的固体金属氧化 物载体。在一些实施例中，金属氧化物载体的不超过约50%的表面羟基基团结合到含甲娃 烷基的化合物。在一些实施例中，金属氧化物载体的不超过40%、30%、20%或10%的表面 羟基基团结合到含甲硅烷基的化合物。
[0081] 在一些实施例中，固体金属氧化物载体与包括含甲硅烷基的化合物和酸的改性组 合物混合或接触。基于改性组合物的总重量计，含甲硅烷基的化合物通常以介于约〇. 01重 量％至约10重量％的范围内（例如，介于0. 1重量％和10重量％之间，介于0. 5重量％和 5重量％之间，或介于1重量％和3重量％之间）的量存在于改性组合物中。酸可为有机酸 或无机酸。示例性有机酸包括乙酸、柠檬酸和甲酸。示例性无机酸包括硫酸、盐酸和磷酸。 基于改性组合物的总重量计，酸通常将以介于约0. 005重量％和10重量％之间（例如，介 于0. 01重量％和10重量％之间或介于0. 05重量％和5重量％之间）的量包含于改性组合 物中。在一些实施例中，改性组合物还包含水。在一些实施例中，基于改性组合物的总重量 计，水的量介于〇. 1重量％和99. 9重量％之间（例如，0. 5重量％至重量95%，0. 5重量％ 至90重量％等）。
[0082] 在一些实施例中，固体金属氧化物载体与包括含甲硅烷基的化合物和溶剂的改性 组合物混合或接触。基于改性组合物的总重量计，含甲硅烷基的化合物通常以介于约〇. 1 重量％至约10重量％的范围内（例如，介于0. 05重量％和5重量％之间或介于1重量％ 和3重量％之间）的量存在于改性组合物中。通常，所述溶剂为有机溶剂。示例性溶剂包括 甲苯、醇类（例如，甲醇、异丙醇等）、四氢呋喃和烃类溶剂（例如，己烷等）。基于改性组合 物的总重量计，溶剂通常将以介于约0. 5重量％和99. 9重量％之间（例如，介于1重量％ 和99. 5重量％之间，介于90重量％和99重量％之间等）的量包含于改性组合物中。
[0083] 在一些实施例中，固体金属氧化物载体与含甲硅烷基的化合物可在烘箱中在高温 下发生反应。烘箱温度可在50°C至150°C(例如，50°C至90°C、100°C至130°C、110°C至 120°C等）的范围内。烘箱反应时间可在10小时至20小时（例如，12小时至18小时、或 14小时至16小时）的范围内。在一些实施例中，固体金属氧化物载体与含甲硅烷基的化合 物可能通过气相沉积发生反应。
[0084] 多种含甲硅烷基的化合物可用于对固体金属氧化物载体进行改性。在一些实施例 中，含甲硅烷基的化合物如式（III)所示：
[0085] R1-Si(R2)3x(R3)x
[0086] (III)
[0087] 其中R1为烷基、氟代烷基、被氨基取代的烷基、芳基、芳烷基或烷芳基基团；每个R2 独立地为羟基或可水解基团；各个R3独立地为不可水解基团；并且X为等于0、1或2的整 数。
[0088] 在一些实施例中，含甲硅烷基的化合物如式（IV)所示：
[0089] (R3)x(R2)3xSi-R4-Si(R2)3x(R3)x
[0090] (IV)
[0091] 其中R4为亚烷基、亚芳基或它们的组合；各个R2独立地为羟基或可水解基团；各 个R3独立地为不可水解基团；并且X为等于0、1或2的整数。
[0092] 在一些实施例中，可水解基团可包括烷氧基、芳氧基、酰氧基、卤素、-N(R5)2 或-NH-Si(R5)3，其中R5为烷基，并且不可水解基团可包括烷基、芳基、芳烷基或烷芳基。在 一些实施例中，不可水解基团为烷基、芳基、芳烷基或烷芳基。
[0093] "可水解基团"是指可在大气压条件下与pH值为1至10的水发生反应的键合到甲 硅烷基基团中的硅原子的一个或多个基团。可水解基团通常在其发生反应时转化成羟基基 团。羟基基团通常发生进一步反应，诸如与金属氧化物载体的表面上的羟基基团发生反应。 示例性可水解基团包括但不限于烷氧基、酰氧基、卤素、-N(R5)2S-NH-Si(R5)3，其中R5为烷 基。
[0094] "可水解基团"是指不可在大气压条件下与pH值为1至10的水发生反应的键合到 甲硅烷基基团中的硅原子的一个或多个基团。这些基团通常不发生反应，诸如不与金属氧 化载体的表面上的羟基基团发生反应。示例性不可水解基团包括但不限于烷基、芳基、芳烷 基和烷芳基。
[0095] "烷基"是指作为烷烃的原子团的一价基团。烷基基团可具有1至40个碳原子。 烷基基团可为直链的、支链的、环状的或它们的组合。当烷基为直链时，其可以具有1至40 个碳原子、1至30个碳原子、1至20个碳原子、或1至10个碳原子。当烷基为支链或环状 时，其可以具有3至40个碳原子、3至30个碳原子、3至20个碳原子、或3至10个碳原子。
[0096] "亚烷基"是指作为烷烃的原子团的二价基团。亚烷基基团可具有1至40个碳原 子。亚烷基基团可以是直链的、支链的、环状的或它们的组合。当亚烷基为直链时，其可以 具有1至40个碳原子、1至30个碳原子、1至20个碳原子、或1至10个碳原子。当亚烷基 为支链或环状时，其可以具有3至40个碳原子、3至30个碳原子、3至20个碳原子、或3至 10个碳原子。
[0097] "芳基"是指作为芳香族碳环化合物的原子团的一价基团。芳基基团具有至少一个 芳族碳环，并且可具有连接或稠合到芳族碳环的1至5个任选的环。另外的环可以是芳族 的、脂族的、或它们的组合。芳基基团常常具有5至20个碳原子。在一些实施例中，芳基基 团为苯基。
[0098] "亚芳基"是指作为芳香族碳环化合物的原子团的二价基团。亚芳基基团具有至少 一个芳族碳环，并且可具有连接或稠合到芳族碳环的1至5个任选的环。另外的环可以是 芳族的、脂族的、或它们的组合。芳基基团常常具有5至20个碳原子。在一些实施例中，亚 芳基为亚苯基。
[0099] "烷氧基"是指式-OR表示的一价基团，其中R为如上所定义的烷基。在一些实施 例中，烷氧基为甲氧基、乙氧基或丙氧基。
[0100] "氟代烷基"是指有至少一个氢原子被氟取代的烷基。
[0101] "芳氧基"是指式-OAr表示的一价基团，其中Ar为芳基基团。
[0102] "酰氧基"是指式-O(CO)-Ra表示的一价基团，其中Ra为烷基、芳基、芳烷基或烷芳 基。在一些实施例中，酰氧基为-0 (CO) CH3(乙酰氧基）。
[0103] "卤素"是指作为卤素原子的原子团的一价基团。卤素可为氟、氯、溴或碘。在一些 实施例中，卤素为氯。
[0104] "芳烷基"是指被至少一个芳基基团取代的烷基基团。芳烷基基团含有6至40个 碳原子。芳烷基基团常常包含具有1至20个碳原子的烷基基团和具有5至20个碳原子的 芳基基团。