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COSTITUZIONE CHIMICA DELLA LANA
La lana secca dà all’analisi elementare la composizione percentuale in
massa riportata in Tabella qui a lato.
e consiste al 97% di proteine, oltre a contenere il 2% circa di lipidi
strutturali e l’1% di altre sostanze (sali minerali, acidi nucleici, carboidrati).
I lipidi strutturali si distinguono in:
40% steroli
30% lipidi polari (solfato di colesterolo, ceramidi, glicosfingolipidi)
25% acidi grassi (acidi stearico, palmitico, oleico e acido 18-metilicosanoico)
OH
O
Quest’ultimo è specifico, presente in natura esclusivamente nelle cheratine, sugli strati superficiali
delle fibre proteiche.
Le proteine naturali si distinguono in proteine fibrose e proteine globulari, tra cui le prime (α- e β-
cheratine, collagene, elastina) sono insolubili in acqua e alla base della struttura di vari tipi di tessuti
animali, mentre le seconde, solubili in acqua, si ritrovano nella struttura di enzimi e altre proteine
funzionali come le albumine. Le proteine della lana sono tutte α-cheratine, che vengono
classificate in base alla loro composizione in amminoacidi:
Frazione proteica % massa N. di amminoacidi S % in massa Proprietà
a basso zolfo 58 392-416 1,5-2
ad alto zolfo 18 94-211 4-6 16-24% in moli di cisteina
ad ultra-alto zolfo 8 168-197 8 33-37% in moli di cisteina
ad alto Gly-Tyr 6 61-84 0,5-2 35-60% in mol di Gly e Tyr
Le catene laterali rappresentano circa il 50% in massa del materiale proteico e interagiscono tra
loro sia tramite legami di tipo covalente che con attrazioni polari di vario tipo.
C 50%
O 22-25%
N 16-17%
H 7%
S 3-4%
OH OH
colesterolo
desmosterolo
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I legami idrogeno sono essenziali per la stabilizzazione dell'α-elica; i ponti disolfuro sono responsabili
della maggior parte della reticolazione nella lana e la rendono insolubile e relativamente tenace,
ma vi sono anche molti altri tipi di legami trasversali, fra cui quello isopeptidico, che è un legame
ammidico fra un gruppo -COOH e un gruppo -NH2 presenti sulle catene laterali. Se la fibra è sotto
tensione, i ponti disolfuro, stabili nella fibra secca, si riordinano velocemente, portando al
rilassamento della tensione molecolare nella fibra. La lana scaldata in acqua bollente mostra
reticolazioni ulteriori con formazione di lantionina e lisinoalanina, soprattutto in ambiente basico.
N
O HS
H
H
N
OHS
HN
O H
H
N
OH
CH3
HN
O H
(CH2)4
H
NH2
N
OH
NHN
O H
HH
2
Se il trattamento viene prolungato si va incontro a idrolisi della fibra, con completa
solubilizzazione. In generale il calore secco danneggia la lana meno del calore umido.
lantionina
lisinoalanina
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Per impartire pieghe permanenti ai tessuti di lana si possono usare acqua, che favorisce il
riassetto dei legami idrogeno, e agenti riducenti, che trasformando i ponti bisolfuro in tioli,
catalizzano l’interscambio qui indicato:
S
H
SS
SS
S
H
S
S
S
S
S S
S
H
S S
Nella lana i gruppi acidi e basici sono approssimativamente bilanciati; un disturbo
dell’equilibrio può portare a cambiamenti nel comportamento alla trazione.
La composizione % in amminoacidi della
lana è riportata nella Tabella qui a fianco:
Si noti la presenza approssimativamente
paritaria di gruppi acidi e basici, l'alta % di
amminoacidi solforati e di serina, che
forma legami idrogeno.
La lana ha un pH isoelettrico di 4,95; a pH inferiori al punto isoelettrico la fibra ha
comportamento cationico, ed in questo stato fissa gli anioni coloranti e viceversa.
In conseguenza della struttura orientata della fibra, il rigonfiamento per assorbimento di
umidità è altamente anisotropo: l’incremento in diametro è molto maggiore di quello in
lunghezza. L’assorbimento di umidità da parte delle fibre è accompagnato da svolgimento
di calore, mentre la perdita di umidità determina assorbimento di calore.
La struttura a scaglie della lana provoca una resistenza allo scorrimento contro fibra e dà
luogo alla prerogativa della feltrabilità, che si manifesta a seguito di sollecitazioni
meccaniche esercitate a umido: acqua e basi sollevano le squame, che così aderiscono
meglio le une alle altre dando luogo alla formazione di fetri compatti. I trattamenti
antinfeltrenti prevedono la deposizione di resine sulla fibra che livellano le scaglie o di
ossidanti chimici come l’ipoclorito, che le distruggono, come nella foto a destra.
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I trattamenti alcalini con H2O2 hanno un forte effetto sul comportamento a tensione delle
lane, specie di quelle fini, nelle quali diffondono più rapidamente. In condizioni basiche il
perossido d’idrogeno ossida i residui di cistina a residui di acido cisteico. Lo stesso si verifica
ossidando la lana con cloro o ipoclorito. Trattamenti di questo genere conferiscono
irrestringibilità (se non troppo approfonditi) e, dando luogo a erosione della cuticola con
quasi totale eliminazione delle scaglie, rappresentano un trattamento antinfeltrente.
Il comportamento chimico della lana, la cui stabilità è connessa soprattutto alle condizioni
di reattività dei ponti cistinici, è legato al punto isoelettrico: la fibra, avendo pH isoelettrico
intorno a 5, resiste meglio ad acidi che a basi. In generale, comunque, finché si mantiene in
un intervallo di pH compreso fra 5 e 7, la cheratina della lana subisce danni limitati.
Il pelo di lana è costituito da una parte esterna detta cuticola, costituita a sua volta da tre
strati. Al di sotto della cuticola vi è il cortex, fatto da fibrille orientate longitudinalmente alla
fibra, costituite da microfibrille di α-eliche attorcigliate insieme a gruppi di tre o di sette
eliche cementati insieme da una matrice. Nelle lane meno pregiate, specie se il diametro
del pelo è > 35 µm, vi è al centro una cavità porosa detta midollo, costituita da cellule
poligonali. I peli midollati si comportano male in filatura e si tingono di colore più chiaro.
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Nella sezione trasversale del pelo si può osservare che il cortex si presenta diviso in due
metà con proprietà diverse, come si può notare nella Figura.
In atmosfera condizionata al 65% di umidità relativa e a
21°C la lana mostra una ripresa del 13-16%, con l’acqua
che penetra, specialmente nelle regioni amorfe, e alla
saturazione fa aumentare del 17% il diametro della fibra
e del 1,2 – 1,8 % la sua lunghezza.
Allo stato secco le cellule dell’ orto-cortex hanno
dimensioni 96,7% rispetto allo stato umido, mentre quelle
del para-cortex 93,2%: queste ultime, cioè, seccate
subiscono un ritiro maggiore. La presenza di questa
struttura bilaterale con proprietà diverse porta ad
un'elevata arricciatura della fibra.
La fibra cheratinica in acqua si denatura tra 110° e 160°C, come si vede dal tracciato DSC
relativo a lana Mohair, e dipenderebbe dalla stabilità termica della matrice che cementa
insieme i filamenti di α–elica. Diminuendo il contenuto d’acqua la T di denaturazione
diminuisce.
Le cellule dell'orto-cortex sono più reattive,
si tingono più intensamente e rigonfiano
maggiormente in ambiente basico rispetto
alle cellule del para-cortex. Questo
avviene perché nell'orto-cortex
prevalgono i ponti cistinici intracatena (tra
un segmento e l'altro della stessa catena),
che ostacolano la coesione e l'ordine
molecolare, mentre nel para-cortex
prevalgono i ponti cistinici intercatena (tra
due catene diverse) che favoriscono la
formazione di zone compatte e ordinate.
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La lana è una fibra caratterizzata da termocoibenza, igroscopicità e confortevole
traspirazione, e con buone proprietà ignifughe (L.O.I. = 25), una resilienza (= rapporto fra
lavoro assorbito e lavoro restituito in una deformazione per compressione) tra le più alte in
assoluto unita a notevole allungamento (30-50% in ambiente condizionato, fino al 70% a
umido) e buon recupero elastico. Ha buona resistenza all’usura e alla gualcitura, ma
modesta tenacità (1-1,7 g/den in amb. condizionato), mano soffice e calda e pronta
ripresa di tutte le deformazioni, quindi non si presta molto a fare tessuti con pieghe
permanenti.
Per la lana sono importanti i concetti di umidità, cioè contenuto % di acqua riferito al peso
della lana umida, e di ripresa, cioè il contenuto % di acqua presente rispetto al peso della
lana secca. Quindi se 120 g di lana si seccano completamente dando luogo a 105 g di lana
secca, l’umidità contenuta era di 15 g. Allora:
umidità: (15/120) x 100 = 12,5%
ripresa (15/105) x 100 = 14,3%
La ripresa della lana ad una data umidità relativa varia un po’ con T e dipende anche dai
precedenti trattamenti. Aumentando T l’affinità della lana per l’acqua diminuisce e
sirichiede una maggiore U.R. per raggiungere una data ripresa. La ripresa è anche più bassa
in condizioni acide e maggiore a pH basico; l’effetto del pH è reversibile se non si sono
avute alterazioni permanenti.
La lana è un materiale anisotropo viscoelastico, le cui proprietà di allungamento a trazione
dipendono dalla velocità di applicazione del carico.
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I follicoli si trovano ad angolo acuto rispetto alla superficie della pelle, di solito con la stessa
pendenza. I primi follicoli a formarsi sono i cosiddetti follicoli primari, che hanno tutte le
strutture accessorie indicate in figura: ghiandole sebacee, ghiandole sudoripare e muscolo
erettore. I follicoli secondari si sviluppano in seguito, sul lato opposto rispetto alle ghiandole,
e hanno di solito solo la ghiandola sebacea. I follicoli primari forniscono peli setolosi, lunghi,
grossolani e midollati, mentre i follicoli secondari producono i peli lanosi, fini, arricciati, in
genere non midollati. Nelle pecore Merinos, la razza più pregiata, si possono avere fino a
5700-8700 follicoli per cm2 di pelle con un rapporto follicoli secondari / primari di 14-25/1. In
una pecora di razza meno pregiata, come la Scottish Blackface, si possono avere valori, ad
es., di 700 follicoli/cm2 con un rapporto S/P di 3,2.
La qualità delle fibre dipende anche dalla loro
posizione nel vello: dalla spalla si ottengono le lane
più fini, seguite dalla lana dei fianchi; da testa,
gola, basso coscia, basso ventre, gambe e coda si
ottengono invece lane più scadenti: più ruvide,
meno fini, più corte, più irregolari, più difettose.
Tutti i mammiferi producono solo α-cheratine, mentre uccelli e rettili possono produrre
cheratine sia di tipo α che β. Le α-cheratine possono essere stirate modificando
reversibilmente la loro struttura a quella della β-cheratina. La lana di pecora varia in
diametro medio dai 16-17 µm dei più fini merino ad oltre 40 µm delle lane lunghe più
grossolane. Molte caratteristiche dei tessuti di lana, quali la rigidità alla piegatura e la mano,
dipendono anche dalla dispersione nel diametro delle fibre. La sezione trasversale può
variare a circolare a ovale. La frequenza di arricciature per cm è inversamente
proporzionale al diametro:
Diametro in µµµµm Arricciature per cm nel fiocco
14,0 – 14,7 11 -12
16,2 – 17,0 7 - 8
25,5 – 29,0 2 - 3
La lunghezza del fiocco cresce con il crescere del diametro della fibra: per il merino fine può
essere 3,8 – 7,6 cm, per un Corriedale medio 7,6-17,8 cm eper un Cotswold grossolano 25,4 –
35,6 cm. La lunghezza del fiocco è minore della lunghezza media della fibra a causa
dell’arricciatura.
Il lustro è una proprietà che dipende dalla superficie della fibra e può essere argenteo,
setaceo e vetroso. Le fibre di lana, avendo strutura molecolare orientata, sono birifrangenti,
ossia hanno indici di rifrazione diversi a seconda del piano di vibrazione della luce.
La densità della lana secca, non midollata è 1,304 g/cm3.
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IMPUREZZE DEL VELLO
La lana grezza contiene impurezze di vario tipo:
Quindi la fibra di lana può rappresentare, in massa, dal 20 al 50% della lana grezza.
SUINT: consiste principalmente di sali di potassio di acidi organici e inorganici, dove gli
organici vanno dal valerico (C5) al palmitico (C16) e comprendono inoltre:
e inoltre l’urea e il pigmento lanaurina. Dato che questa sostanza è costituita soprattutto da
saponi, è essa stessa un tensioattivo naturale.
SUINTHIN: a volte chiamato impropriamente grasso di lana, è in realtà costituito da esteri di
acidi grassi di vario tipo non con glicerolo, come nei comuni trigliceridi, ma con alcooli
sterolici, triterpenici o alifatici. Viene usato in cosmetica e farmaceutica (lanolina).
Principali acidi grassi presenti nella cera di lana. Gli alcooli sono in buona parte sterolici.
CH3
(CH2)13CH
OH
COOH
NATURALI
(yolk) 20-50%
APPLICATE ACQUISITE 5-40%
MINERALI VEGETALI
SUINT
idrosolubili da ghiandole sudoripare
SUINTHIN
cere non idrosolubili da ghiandole sebacee
OHCH3
H
COOH
acido lattico
N COOH
O
H
acido ippurico
OHOH
O
O
acido succinico
CH3
(CH2)14 (CH2)12CH3
CH3
H
(CH2)12
CH3
CH3COOH COOH COOH