Flame-retardant (FR) cotton fabrics were successfully prepared with the reactive product of (3-piperazinylpropyl)methyldimethoxysilane and phytic acid, denoted as GPA, through a quick dip-coating technology. The structure, surface micromorphologies, thermal degradation properties, flame retardancy, and combustion properties of samples were assessed. GPA was successfully deposited on the surface of cotton fabrics, which was proved by the results of Fourier-transform infrared analysis as well as scanning electron microscopy coupled with energy dispersive spectrometry (SEM–EDS). During a vertical burning test, FR cotton-3, with an increased mass of 14.33 wt %, immediately extinguished after removing the igniter, while the control was entirely burned. The deposition of GPA to create flame-retardant cotton fabrics led to the serious decrease of heat release rate and total heat release. The promoted flame retardancy resulted from the formed thermally stable residues on the surface of cotton fabrics, which held back mass/heat transfer. Thermogravimetric analysis coupled with Fourier-transform infrared analysis (TG–FTIR) results indicated that flame-retardant cotton fabrics released more nonflammable gases (H2O and NH3) and less flammable gases than the control. According to the results of TG–FTIR, SEM–EDS, and X-ray photoelectron spectroscopy, the mechanism of the flame retardancy of GPA on the cotton fabrics was proposed.

Biogenic, sustainable two-dimensional architectures, such as films and nanopapers, have garnered considerable interest because of their low carbon footprint, biodegradability, advanced optical/mechanical characteristics, and diverse potential applications. Here, bio-based nanopapers with tailored characteristics were engineered by the electrostatic complexation of oppositely charged colloidal phosphorylated cellulose nanofibers (P-CNFs) and deacetylated chitin nanocrystals (ChNCs). The electrostatic interaction between anionic P-CNFs and cationic ChNCs enhanced the stretchability and water stability of the nanopapers. Correspondingly, they exhibited a wet tensile strength of 17.7 MPa after 24 h of water immersion. Furthermore, the nanopapers exhibited good thermal stability and excellent self-extinguishing behavior, triggered by both phosphorous and nitrogen. These features make the nanopapers sustainable and promising structures for application in advanced fields, such as optoelectronics.

Phosphorus-containing flame retardants are prone to result in the buildup of biotoxins, while halogen flame retardants easily lead to hazardous gases. Therefore, it is crucial to develop a multifunctional flame-retardant cotton fabric without phosphorus and halogen. Herein, single-ended hydroxy-terminated polydimethylsiloxane (PDMS-ID) was synthesized through single-ended hydrosilicone oil and 1,4-butanediol, followed by the preparation of a waterborne polyurethane (RWPU) containing side chain polydimethylsiloxane through the reaction of PDMS-ID with isocyanate prepolymer. Characterization data shows that its particle size distribution is relatively dispersed while maintaining good emulsification performance. Based on this, a halogen-free and phosphorus-free multifunctional flame retardant cotton fabric (COF-BBN@RWPU) was successfully prepared through treatment with boric acid/borax/3-aminopropyltriethoxysilane solution and subsequent RWPU encapsulation. In vertical flammability test (VFT), COF-BBN@RWPU has a char length of 57 mm and a limiting oxygen index (LOI) of 42.3 % with a 11 % weight gain while pure cotton was burned through with a LOI of 18.0 %. In addition, the total heat release and total smoke release of COF-BBN@RWPU decreased by 80.0 % and 47.2 %, compared with pure cotton. Additionally, COF-BBN@RWPU can achieve a maximum contact angle of 140.1° with an oil-water separation rate of 98.4 %. This study presents an eco-friendly approach to achieving the multifunctionality of cellulose fabrics.

Nanocellulose-based film, as a novel new type of film mainly made of nanosized cellulose, has demonstrated an ideal combination of renewability and enhanced or novel properties. Considerable efforts have been made to enhance its intrinsic properties or create new functions to expand its applications, such as in food packaging, water treatment or flexible electronics. In this paper, two different types of deep eutectic solvents (guanidine sulfamate-glycerol and guanidine sulfamate-choline chloride) were formulated and applied to prepare cellulose nanocrystals with dialdehyde cellulose (DAC). The effects of reaction conditions including time, temperature and cellulose-DES ratio on the grafting degree and yield were studied. After ultrasonication, two types of CNCs, with an average diameter of 3-5 nm and an average length of 140.7-204.2 nm, were obtained. The synthesized CNCs displayed an enhanced thermal stability compared to pristine cellulose. Moreover, highly transparent (light transmittance higher than 90 %) and water stable nanocellulose based films (a wet tensile strength of higher than 30 MPa after immersing in water for 24 h) were fabricated. Besides, the obtained films exhibited low oxygen transmission rate, showing a good potential application in food packaging.