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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