东华大学恒逸研究院 刘继涛

    0 引言
    1996年，美国Monsanto公司曾将细菌的乙酰乙酰 - CoA还原酶和PHA合酶基因与棉纤维特异启动子相连接后转入棉花，成功地在棉纤维中生产了PHB（聚羟基丁酸），产生出带有化纤的新型棉纤维。此类转基因棉纤维的传热性能发生了明显变化，既具有棉花的舒适性和透气性，又具有化纤的防水、保温等特点。
    国内，上海世华科技投资有限公司和中科院上海植物生理研究所合作，从羊毛和兔毛中分离角蛋白基因以改善棉纤维品质，该技术已经获准列入国家863计划。据报道[1, 2] ，相关研究成果作为一种棉纤维改良的新技术，可提高棉纤维的韧性、保暖性，使其手感更好。这项成果的问世，属国际首创，将有利于提高中国棉纺工业的国际竞争力。
    中科院上海植物生理研究所将兔毛角蛋白基因引入SGK321抗虫棉后，育种、种植，得到角蛋白棉花，角蛋白棉纤维与抗虫棉纤维的基本性能（HVICC标准）对比如表1所示[1] 。

    从表1可以看出，角蛋白棉纤维的绒长、强度等方面得到了比较明显的改良，其光泽更佳，手感柔软，弹性好。
    1 分析与讨论
    1.1 角蛋白棉纤维的超分子结构
    棉纤维的主要特征为[3] ，纤维素大分子的结构比较规整，且每个葡萄糖剩基上有3个羟基，从而使棉纤维大分子取向和结晶的可能性变大。超分子结构（取向和结晶性能）对纤维的性质影响很大，例如对强度、染色、吸湿等方面。采用D/MAX - 3A射线衍射仪对角蛋白棉纤维和普通棉纤维的取向与结晶性能进行检测，结果如表2所示。
    从测试结果可以看出，角蛋白棉具有略低的结晶度和较大的结晶尺寸。角蛋白棉的取向度有了较明显的提高，反映到其纤维的强度上，则是角蛋白棉纤维的强度有所提高，这一点也与表1的强度指标吻合。
    1.2 角蛋白棉纤维热分析
    采用美国Perkin Elmer公司的PYRIS 1热重测试仪测试角蛋白棉纤维、普通棉纤维、羊毛和兔毛的热稳定性能，其热失重（TGA）曲线结果如图1所示。通过TGA曲线确定的各种纤维的热分解温度如表3。 通过图1和表3可以看出，角蛋白棉纤维具有良好的热稳定性能，其热分解温度为300.94 ℃，略微低于普通棉的热分解温度。
    普通棉和角蛋白棉首先在100 ℃的条件下保温干燥以去除内部含水，然后用美国Perkin Elmer公司的PYRIS 1差热扫描仪（DSC）测试，测试曲线如图2所示。根据图2的DSC曲线确定的玻璃化转变温度（根据半热容法确定）如下：普通棉67.882 ℃，角蛋白棉69.724 ℃（表4）。
    根据图 2及表 4的结果可知，角蛋白棉的玻璃化转变温度略高于普通棉。材料的玻璃化转变温度是指大分子链段开始运动的温度，一般而言，对于同类材料，结晶度是材料玻璃化转变温度的重要影响因素。但从表2看出，普通棉的结晶度高于角蛋白棉，而角蛋白棉的玻璃化转变温度却比普通棉高，显示了不同的性能特点。
    1.3 角蛋白棉的染色性能
    分别选用角蛋白棉和普通棉40 S/1纱，品种为40 S/1×40 S/1府绸白坯布。采用相同的活性染料和染色工艺（60 ℃，60 min），根据分光光度计法测定的上染率结果如下：普通棉织物79.7 %，角蛋白棉织物83.2 %（表5）。
    图3是角蛋白棉织物和普通棉织物的活性染料上染率随时间变化的情况。可以看出，角蛋白棉的上染率略高于普通棉；另外，在染色过程中，发现一个比较明显的现象：角蛋白棉的上染速度是先慢后快。从原理上讲，毛的胱氨酸中的二硫键水解后，易于和染料的反应性增强；所以，从上染速率的测试结果可以证明，在角蛋白棉内部确实有少量的蛋白质成分存在，使其织物上染速率后来加快。
    2 结论
    （1）根据热分析测试结果，角蛋白棉的热学性能接近于普通棉，玻璃化转变温度略高于普通棉；
    （2）与普通棉相比，角蛋白棉具有略低的结晶度和较大的结晶尺寸；角蛋白棉的取向度有了明显提高，从而造成了其强度有明显的提高；
    （3）通过活性染料染色，角蛋白棉织物的上染速率与普通棉相比是先慢后加快，可能是转蛋白基因在原料中加有少量的胱氨酸，其二硫键水解引起上染速率的提高，也说明第七代角蛋白棉中已经有少量蛋白成分的存在；
    （4）角蛋白棉与受体棉相比，在绒长和强度方面有了比较明显的提高。通过其性能分析表明，角蛋白棉具有较为独特的性能特点，是一种具有良好开发前景的新型纺织原料。
参考文献
1 王静，冯恒文. 转动物角蛋白基因培育优质棉新种质研究. 中国棉花， 2002，29（10）：8 ～ 9
2 杨淑培. 我国首创兔毛、羊毛转基因棉. 生物技术通报，1999（5）： 51
3 李正理. 棉花形态学. 北京：科学出版社，1979