棉花是最广泛使用的天然纤维之一，因其柔软性、舒适性、吸湿性和透气性而备受青睐。这些特性使其在服装、家用纺织品和众多工业应用中不可或缺。然而，其固有的易燃性是一个关键限制：棉花的极限氧指数（LOI）仅为约18%，属于高度易燃材料[1]，[2]。一旦着火，火焰会迅速蔓延，导致完全燃烧和大量热量释放。这种行为在日常生活中带来严重的火灾隐患，并限制了棉花在运输、防护服装和室内装饰等安全关键领域的应用。因此，提高棉织物的阻燃性能既是科学上的迫切需求，也是实际应用中的必要条件。
历史上，纺织品的阻燃处理主要依赖于含卤素和磷的化合物[3]，[4]。含卤素化合物因其低成本和高效率（在低添加量下即可发挥作用）而长期受到青睐，但由于其在热降解过程中会释放持久性和有毒的副产物（如二噁英和呋喃）[5]，现在受到越来越多的限制。随后，有机磷制剂作为无卤素替代品出现，其通过促进凝聚相中的炭形成和稀释气相中的可燃挥发物来发挥阻燃作用[6]，[7]。商业系统如Pyrovatex CP和Proban仍被广泛使用。然而，这些处理方法存在显著缺点：用于持久固定的-N-羟甲基可能会释放致癌的甲醛，而磷化合物由于持久性和生物累积问题引发生态担忧[8]，[9]。此外，过量的磷释放还会导致水生生态系统富营养化。因此，开发无卤素和无磷的阻燃技术已成为可持续纺织工程的紧迫任务。
因此，基于生物的材料作为环保替代品受到了越来越多的关注[10]，[11]，[12]。天然聚合物如壳聚糖[13]、海藻酸钠[14]、蛋白质[15]、单宁[16]和植酸[17]不仅促进炭形成，还符合绿色化学和循环经济的原则。它们固有的生物相容性、可再生性和低毒性使其成为传统化学物质的理想替代品。尽管取得了令人鼓舞的进展，但基于生物的系统往往难以实现足够的纤维素纤维阻燃效率，并且必须与现有的纺织加工方法兼容。这一差距凸显了需要结合高性能和环境可持续性的创新策略。
为此，人们探索了一系列表面工程技术，包括溶胶-凝胶法、纳米粒子吸附、整体涂层和逐层（LBL）自组装[18]，[19]。其中，LBL自组装具有独特优势。通过利用静电相互作用、氢键、范德华力或离子配位，带相反电荷的物种能够自发形成多层薄膜[20]，[21]。该技术提供了精确的纳米级控制、在复杂几何形状上的均匀沉积以及集成多种功能的能力，使其特别适用于可持续纺织整理。
一些有前景的无卤素和无磷系统，如焦糖[22]、聚苯胺/壳聚糖涂层[23]、金属盐[24]和多酚-金属螯合复合物[25]，[26]，[27]，在丝绸等蛋白质基纺织品中展示了有效性。然而，它们在纤维素基底上的性能仍然有限，这主要是由于纤维素的碳化能力天生低于蛋白质。聚乙烯亚胺/硼砂和异氰酸酯封端的聚二甲基硅氧烷系统已被用于开发疏水且持久的阻燃棉织物，其中硼和氮元素在提高阻燃性能中起关键作用[28]。随后提出了氮-硅阻燃剂（SiCA）以进一步提高棉纺织物的阻燃性，但其整体效率仍然有限[29]。线性聚酰胺胺也已被用于此目的，但同样表现出较低的阻燃性能[30]。此外，由生物质衍生的单宁、酒石酸和各种金属离子形成的配合物也被用于赋予棉织物持久的阻燃性能[31]。尽管取得了这些进展，开发高效的无卤素和无磷阻燃策略仍然是棉纺织品的重要挑战。
基于这些进展，本研究提出了一种基于生物基聚合物的逐层组装与协同离子配位的无卤素和无磷阻燃策略。海藻酸钠和壳聚糖交替沉积在棉纤维上，随后与氯化钙交联。这种受生物启发的方法旨在克服单一组分生物系统的固有局限性，同时展示了LBL工程在提供环保纺织整理方面的能力。通过LOI和垂直燃烧测试评估了涂层棉织物的阻燃性能。系统地评估了涂层对表面形态和关键物理性能（包括拉伸强度、手感和白度）的影响。此外，还全面研究了热稳定性、燃烧行为和阻燃机制。除了推进棉纺织品的可持续阻燃技术外，这项工作还突显了基于生物的LBL组装在绿色纺织工程中的更广泛潜力。
