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生物基多功能阻燃剂PATA通过酯交换交联反应制备，应用于Lyocell面料，通过环保pad-dry-cure工艺实现阻燃（LOI 30.3%）、抗菌（>99.9%）及紫外线防护功能，机械性能保留率85%-95%，且在50g/L浓度下循环使用3次后阻燃性能仍稳定，为可持续纺织整理提供新方案。
宋万萌|张丽瑶|王宝红|刘云
青岛大学纺织与服装学院，功能纺织品与先进材料研究所，国家先进防火材料研发工程技术中心（山东），生物纤维与生态纺织品国家重点实验室，聚合物材料回收与升级利用山东省重点实验室，阻燃纺织材料青岛市重点实验室，中国青岛市266071
摘要
本研究旨在解决传统纺织品整理剂所存在的问题，如较大的环境足迹、有限的功能性和较差的资源循环利用性。通过使用植酸（PA）和单宁酸（TA）作为原料，采用绿色化学方法合成了一种基于生物的多功能整理剂PATA，并通过环保的浸轧-干燥-固化工艺将其应用于莱赛尔织物上。经过系统优化后，所得到的PATA-50织物表现出显著提升的综合性能：极限氧指数达到30.3%，表明其具有优异的阻燃性能；对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率均达到99.9%；紫外线防护系数符合商业标准。处理后的莱赛尔织物还保持了良好的机械性能，经纬向断裂强度保留率分别约为85%和95%，比PA-50体系提高了两倍。此外，该体系在循环使用方面展现出巨大潜力，50?g/L的PATA整理液在三次重复使用后仍能使莱赛尔织物的极限氧指数保持在29.8%。这些发现表明，PATA整理策略为绿色、多功能和可持续的纺织品整理提供了有效的解决方案。
引言
阻燃剂的发展至关重要，因为它可以有效延缓火焰蔓延并减少人员伤亡。同时，人们对纺织品的抗菌性能也越来越关注（Solihat等人，2024年）。在当前绿色和可持续发展的趋势下，迫切需要替代传统的含卤阻燃剂。因此，开发兼具阻燃和抗菌性能的多功能纺织品已成为一个重要的研究方向（表1）。
单宁（TA）是一类天然丰富的多酚化合物，存在于各种植物组织中，包括水果、树皮、叶子和种子中，其独特的分子结构赋予了它们多种功能（Kim，2009年）。多酚结构使TA能够通过清除自由基和抑制氧化反应而发挥有效的抗氧化作用（Chen等人，2023年）。多个羟基（–OH）的存在使其能够捐赠电子并中和自由基，从而减轻氧化损伤。此外，绿色化学途径（主要是氢键、离子相互作用或共价连接）使这些羟基能够与大分子和金属离子形成复杂的化合物（Wang等人，2021年；Zhang等人，2022年；Zhang等人，2023年）。TA还能通过与微生物酶和蛋白质相互作用，破坏细胞壁的完整性并抑制酶的活性，最终抑制细菌的生长和繁殖（Lee等人，2023年；Widsten等人，2023年）。Zhang等人使用TA、吐根剂和Fe2+在棉织物上实现了持久的阻燃效果，即使经过100次洗涤或摩擦循环，极限氧指数（LOI）仍稳定在27.0%左右（Zhang等人，2021年）。Jiang等人报告称，在聚酰胺66（PA66）织物上共沉积蛋白质和TA，随后用Fe3+螯合处理后，LOI从20.5%（对照组）显著提高到28.5%，达到了UL-94V-0等级。处理后的PA66织物还表现出优异的紫外线抗性，并保持了良好的机械性能和抗菌性能（Jiang等人，2024年）。
为了减少对石油基能源的过度依赖（Zhang等人，2025年），绿色阻燃剂（包括淀粉（Liu等人，2024年；Shao等人，2021年）、蛋白质（Hu等人，2024年；Zhang等人，2023年）、壳聚糖（Cao等人，2025年）、木质素（Tian等人，2025年）和DNA（Luo等人，2020年；Ortelli等人，2019年）成为当前研究的热点。其中，植酸（PA）是一种重要的植物成分（Wang，1998年），由于其天然来源、低毒性和高效率而在阻燃领域受到了广泛关注（Liu等人，2023年；Song等人，2025年；Zhao等人，2025年）。其阻燃机制主要体现在三个方面：（1）催化炭化效应，PA中的磷酸基团与聚合物基质反应生成炭层，形成保护屏障，隔离氧气和热量，从而延缓燃烧（Wang等人，2024年；Yan等人，2025年）；（2）释放不可燃气体，PA在高温下分解产生的磷酸化合物抑制自由基的传播并减少可燃气体含量，从而减缓火焰蔓延；（3）吸热效应，PA在分解过程中吸收大量热量，降低整体燃烧温度。由于这些机制，PA在纤维素织物上表现出强大的阻燃性能（Cheng等人，2022年；Liu等人，2023年；Shi等人，2024年）。然而，其广泛应用的主要限制是在整理过程中所需的高温条件下，其高酸性会导致织物机械性能显著下降（Song等人，2024年；Song等人，2024年）。同时，传统的阻燃整理工艺及相关研究通常采用一次性使用、一次性处理的方法。这种做法导致化学利用效率低下，并产生大量资源浪费和环境压力。因此，为了摆脱这种不可持续的处理模式，系统研究阻燃剂在整理液中的最大重复使用次数对于评估其实际应用价值至关重要。
莱赛尔织物是一种再生纤维素基材料，因其优异的性能而受到广泛重视，但由于其固有的易燃性，在更广泛的应用中存在局限性（Bai等人，2014年；Chen等人，2021年；Li等人，2023年）。在本研究中，通过PA和TA之间的绿色酯化交联反应成功合成了一种名为PATA的多功能整理剂，并通过环保的浸轧-干燥-固化工艺将其应用于莱赛尔织物，实现了可持续的多功能整理。对处理后的织物进行了全面评估，以评估其阻燃性能、紫外线防护、抗菌活性以及其他相关性能指标，包括机械性能。此外，还系统评估了整理剂的重复使用次数。
材料
本研究中使用的莱赛尔织物（200?g/m2）由杭州润岩纺织科技有限公司（中国杭州）提供。PA（70?wt%水溶液）、TA（分析级）和亚磷酸氢钠一水合物（分析级）购自上海麦克林生化科技有限公司（中国上海）。氨由中国国家医药集团化学试剂有限公司（中国上海）提供。
PATA的制备
将PA和TA按5:1的摩尔比准确称量
FTIR和XPS表征
阻燃剂PATA通过FTIR、XPS和TG进行了系统表征，结果如图1所示。在FTIR光谱（图1A）中，1130?cm
?1和966?cm
?1处的吸收峰分别对应于P
O和P–O–
C的伸缩振动。约1700?cm
?1处的峰对应于C
O的伸缩振动。与TA（Luo等人，2022年）相比，PATA在860?cm
?1和754?cm
?1处的特征峰消失了，表明PA可能替代了
结论
在本研究中，通过酯化反应从PA和TA合成了名为PATA的阻燃剂，并通过浸轧-干燥-固化工艺将其应用于莱赛尔织物。当用50?g/L的PATA处理后，莱赛尔织物的极限氧指数（LOI）增加到30.3%，而PATA-50的PHRR和THR分别降低了92%和55%。通过SEM、拉曼和TG-FTIR分析发现，其阻燃机制属于缩合相类型。对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率均达到99.9%，紫外线防护系数（UPF）也达到了
CRediT作者贡献声明
宋万萌：撰写——初稿撰写、可视化处理、软件应用、实验研究、数据分析、数据整理。张丽瑶：撰写——初稿撰写、可视化处理、资源获取、数据分析。王宝红：撰写——初稿撰写、实验研究、数据分析。刘云：撰写——审稿与编辑、项目监督、资金筹措。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
