《International Journal of Biological Macromolecules》：Synergistic chitosan–phospholipid bilayer coatings via layer-by-layer assembly for multifunctional flame-retardant cotton textiles
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•通过LbL组装的CS/PL双层结构提升了棉纤维的阻燃性能。•经过CS/PL涂层处理后，棉纤维的极限氧指数从18%上升至33%。•热重分析结果表明，该处理方式提高了棉纤维的热稳定性，并增加了炭化残留物。•氮与磷之间的协同作用促进了燃烧过程中炭化的形成。•该处理方式还具备了抗菌、防
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通过LbL组装的CS/PL双层结构提升了棉纤维的阻燃性能。
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经过CS/PL涂层处理后，棉纤维的极限氧指数从18%上升至33%。
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热重分析结果表明，该处理方式提高了棉纤维的热稳定性，并增加了炭化残留物。
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氮与磷之间的协同作用促进了燃烧过程中炭化的形成。
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该处理方式还具备了抗菌、防晒以及提升表面疏水性的效果。
引言
由于其灵活性、轻质结构以及功能可调性，纺织材料在众多工业、家居及技术领域中发挥着重要作用。在天然纤维中，棉花因其出色的舒适性、透气性、可生物降解性以及可再生性，而被广泛使用[1]、[2]。这些特性使得棉花成为服装、医疗用纺织品以及家居用品的首选材料。然而，尽管棉花具有诸多优点，但由于其富含纤维素，本身具有易燃性，容易迅速着火并蔓延，从而带来严重的火灾隐患[3]、[4]。为了解决这一问题，人们开发出了多种阻燃处理方法，并将其广泛应用于棉织物上。传统的阻燃剂，尤其是含卤素化合物，虽然在降低可燃性方面效果显著，但它们在环境中难以分解、易在生物体内积累，且在燃烧过程中会释放有毒有害气体，这引发了严重的健康和生态问题[5]、[6]。因此，日益严格的法规限制推动了人们对可持续且环境友好的替代品的探索[7]。近年来，基于磷和氮的阻燃体系因能够通过凝聚相机制促进炭化形成并抑制燃烧，而展现出良好的应用前景[8]、[9]。这类体系通过形成具有物理屏障作用的碳质保护层，减少热量传递和氧气渗透，从而提升材料的熱稳定性[10]。不过，许多含磷或含氮的合成添加剂仍可能损害经过处理的织物的机械强度或耐用性[11]，这限制了它们的实际应用价值。正因如此，人们开始关注那些源自可再生资源的生物基阻燃材料。壳聚糖这类生物聚合物因其可生物降解、无毒、具备成膜能力以及天然的抗菌性能，而备受重视[12]、[13]。壳聚糖中的氨基成分有助于实现基于氮的阻燃机制，能够促进炭化形成，并在热降解过程中抑制可燃挥发物的产生[14]。与此同时，磷脂作为天然存在的含有磷的两亲性分子，在阻燃应用中也具有独特优势。其含磷成分有助于形成稳定的炭化层，并促进凝聚相中的脱水反应，进而提升材料的阻燃性能[15]。研究表明，将富含氮和富含磷的化合物结合使用，能够产生协同阻燃效应，其阻燃性能优于单独使用这两种成分时的效果[16]。在此背景下，将壳聚糖与磷脂相结合，有望打造出高效且可持续的阻燃体系。此外，这类混合体系还可能具备额外的功能，如抗菌作用以及更好的表面性能，这些特性对于高端纺织产品的开发而言极为重要[17]。在表面改性技术中，层叠法是一种灵活且环保的方法，可用于制备多功能涂层[18]。该方法通过依次沉积带相反电荷的材料，能够在纳米尺度上精确控制涂层的厚度、成分以及结构[19]。在纺织领域，层叠法已被成功用于为织物赋予阻燃性能、降低热量释放速率，并提升阻隔性能，同时不会显著影响织物的柔韧性和透气性[20]、[21]。尽管已有诸多进展，但在棉织物上将壳聚糖与磷脂整合到双层层叠体系中以实现阻燃、抗菌、防晒以及提升表面疏水性等多重功能的研究仍不够充分。尤其缺乏系统性的研究来探讨如何通过完全基于生物基材料的环保涂层方法，同时实现这些功能[22]、[23]。因此，本研究旨在通过层叠法在棉织物上制备壳聚糖-磷脂双层涂层，并研究其阻燃性能以及多种功能性。研究人员利用热重分析、极限氧指数测定以及扫描电子显微镜对处理后的织物进行了全面分析。此外，还评估了其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果、防晒性能、表面的疏水程度以及燃烧过程中的有毒气体排放情况。这项研究为设计兼具更高消防安全性能和更好环境兼容性的高端功能性纺织品提供了一种可持续且有效的策略。
章节要点
材料
纯棉织物（100%棉）购自埃及埃尔梅哈拉赫埃尔科布拉的Misr for Spinning and Weaving Company。壳聚糖是从埃及赫尔格达的 seafood餐厅及加工厂收集的虾壳废弃物中提取的。磷脂则来自埃及当地乳制品加工厂生产的牛奶。氢氧化钠购自Sigma-Aldrich公司，盐酸则购自Aquamed Egypt公司。所用溶剂为氯仿与甲醇的混合物。
化学结构
通过傅里叶变换红外光谱法分析了所提取磷脂成分的化学结构，相关谱图如图2a所示。该谱图呈现出了磷脂的特征吸收峰，证明了其中同时存在含极性磷酸基团的头部结构以及疏水的脂肪酸链。在3200–3500?cm?1范围内出现的宽吸收峰，对应于羟基的伸缩振动。
结论
本研究表明，通过壳聚糖与磷脂的层叠组装，能够有效提升棉织物的阻燃性能。与未经处理的棉花相比，经过处理的棉花具有更优异的阻燃性能，表现为更强的自熄能力、更短的燃烧时间、更短的炭化长度，同时极限氧指数也有所升高。扫描电子显微镜分析结果显示，随着双层层数的增加，织物表面逐渐形成了均匀且致密的多层涂层。
作者贡献说明
Asmaa Mohamed：负责撰写初稿。 Hend H. Gharieb：负责撰写初稿、数据整理工作。 Ashraf Morsy：负责撰写初稿、软件应用、方法设计以及正式数据分析。 Sherif Kandil：负责软件相关工作。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关联关系。
致谢
作者特此感谢埃及亚历山大的研究生研究与教育研究所（IGSR）。
Asmaa Mohamed|Hend H. Gharieb|Ashraf Morsy|Sherif Kandil
