Centro di Competenza Medl@ine

La lana è la fibra animale che forma il mantello protettivo (vello) delle pecore e di alcune razze di capre, conigli e camelidi, e altro.
Le fibre di lana si sviluppano da una cavità tubolare presente sull’epidermide degli animali, detta follicolo pilifero. Gli elementi strutturali caratterizzanti il follicolo pilifero sono: il muscolo erettore; la ghiandola sebacea; la ghiandola sudorifera; il bulbo pilifero, ovvero la parte rigonfia situata nella regione più profonda del follicolo e la papilla che presenta una struttura a forma di cupola che si origina da una protuberanza della base del bulbo (figura 1).

Figura 1. Sezione longitudinale di un follicolo pilifero primario. Gli elementi strutturali e accessori indicati in figura sono i seguenti: epidermide e strato basale (epidermis e basal layer), ghiandola sebacea (sebaceous gland), ghiandola sudorifera sweat gland) papilla. [Rif. 3]

In generale è stato trovato che la composizione delle fibre dipende in maniera sostanziale dalla specie di ovino considerata e pertanto i vari elementi costituenti la fibra presentano una differente composizione amminoacidica che comporta caratteristiche chimiche, chimico-fisiche e fisiche notevolmente diverse.

Caratteristiche chimiche
Dal punto di vista chimico, la distribuzione media percentuale delle fibre di lana è così composta: proteine di natura cheratinica > 80%, altre sostanze proteiche circa il 17 %, sostanze lipidiche circa 1% e minerali in circa lo 0,5 %. Considerando i dati così ripartiti si evince che la lana, nel suo insieme, è una fibra sostanzialmente proteica le cui proteine principali appartengono alla famiglia della cheratine. Per tale motivo può anche essere definita come un polimero di natura proteica costituito da cheratine, macromolecole risultanti dall’unione di più amminoacidi legati tra loro attraverso un legame peptidico. I legami inter-e intra-catena che si formano tra i diversi amminoacidi possono essere di varia natura tra cui: ionici, legami a ponti cistinici e legami a idrogeno.

 

Le cheratine ad alto contenuto di residui di cistina (22%), quindi con un elevato numero di legami disulfidici (S-S), sono caratterizzate da durezza, rigidità e friabilità e sono presenti nelle corna e nelle unghie dei mammiferi. Quelle a minore contenuto di cistina (10-14%) sono più flessibili e sono contenute nella pelle, nei capelli e nelle fibre di lana. Infine, le cheratine ad elevato contenuto di residui di amminoacidi con catene laterali a basso ingombro (glicina, alanina e serina) sono contenute nelle squame, negli artigli e nei becchi dei rettili e degli uccelli.

La sua composizione elementare varia secondo la qualità e si calcola intorno alle seguenti cifre: carbonio 49,25÷50,68%; idrogeno 6,36÷7,37%; ossigeno 20,85÷26%; azoto 15÷17,87%; zolfo 2÷4.
La lana è una sostanza anfotera e il suo punto isoelettrico oscilla tra pH= 3,4 e pH= 4,8. Quindi risulta più idonea ai trattamenti acidi. Presenta un buon grado di resistenza all’usura e ai solventi organici mentre si è rivelata poco resistente all’attacco di sostanze acide concentrate, basi, agenti ossidanti e riducenti.

Caratteristiche fisiche

Figura 2. Schema di una sezione di fibra di lana fine che mostra i principali componenti cellulari i componenti strutturali.

La struttura microscopica della fibra di lana è costituita di tre strati concentrici: l'esterno detto cuticola, lo strato intermedio (cortex), formato da cellule fusiformi, responsabili delle proprietà fisiche specifiche della lana; lo strato interno, o midollo, caratterizzato da una successione di cellule contenenti aria che producono un’azione termocoibente. Le cellule cuticolari, ricoperte da una pellicola impermeabilizzante (epicuticola) si presentano appiattite, sovrapposte le une alle altre per circa 1/3 della loro dimensione e fermamente fissate tra loro e al materiale sottostante. Tale insieme assume una struttura a scalini simile ad un tetto a tegole, generalmente denominata ‘a scaglie’ per la somiglianza con la pelle squamosa dei rettili. Ciascuna scaglia è orientata con i bordi verso la parte terminale della fibra. Questa particolare struttura impedisce alle particelle di impurezza e di sporco di raggiungere la pelle degli ovini e allo stesso tempo favorisce la migrazione e la eliminazione di particelle estranee dal vello.

Nelle lane fini e medie, spesso è assente lo strato interno (cortex) e la sezione trasversale del filamento può essere di forma circolare o ellittica. Il diametro medio del filamento varia da 16-17 micrometri nei più fini ad oltre 40 micrometri in lane lunghe più grossolane.
Le caratteristiche peculiari del filamento di lana che generalmente vengono rilevate sono: il colore, la lucentezza, la finezza, l'ondulazione o arricciatura, la morbidezza, la sofficità, l'elasticità; tutti questi parametri sono fortemente influenzati da diversi fattori come la razza dell'ovino o la parte dell'animale da cui proviene, l'alimentazione, l'età, le condizioni di allevamento.
Il colore naturale della fibra è il bianco o il bianco-avorio, che può arrivare sino ad una colorazione giallastra se si considera lana sucida.
La lucentezza è strettamente dipendente dalla struttura interna della fibra e dalla disposizione e trasparenza delle squamette corticali infatti quanto più queste sono appiattite e in piano, tanto più lucido risulta essere il filamento. Lane fini e arricciate sono generalmente meno lucide delle lane incrociate.
La finezza della lana è in stretta relazione con il diametro e la lunghezza del filamento e varia, oltre che da razza a razza, da una parte all'altra del vello dell'animale. L'ordine di valutazione è generalmente il seguente: 1. lana delle spalle; 2. lana dei fianchi e basse spalle; 3. lana delle parti laterali della schiena; 4. lana delle cosce e del ventre; 5. lana della schiena; 6. lana della gola e dell'alta coscia; 7. lana della testa, della coppa, della coda e delle estremità delle gambe. Talvolta sono presenti peli morti o giarre, ovvero filamenti privi dello strato intermedio o connettivo del midollo, che presentano scarsa tendenza al processo di tintura.
L'arricciatura è in relazione inversa al diametro della fibra, per cui le lane più fini risultano più arricciate della lana grossa (9-13 ondulazioni per cm nelle prime; 5-8 nelle seconde). L'elasticità, cioè la capacità della fibra già tesa di subire ulteriore allungamento alla tensione e la tenacità, intesa come resistenza alla rottura, sono in relazione inversa alla finezza. Lane grosse possono subire allungamenti del 30 - 50% rispetto alla loro lunghezza mentre nelle fini la variazione è tra il 20 e il 35%. Inoltre il carico di rottura, che esprime la tenacità, oscilla tra 7 g per le lane fini, fino ad arrivare a 32-38 g in quelle più grossolane.
La lunghezza, l'arricciatura, l'elasticità e, in particolare, la finezza e la forma della sezione trasversale sono le caratteristiche della fibra che si ripercuotono sul grado di filabilità il quale a parità di finezza aumenta col crescere dei primi tre parametri.
La lana inoltre ha densità media di 1,30 (Kg/m3) a 20°C e calore specifico di 0,325-0,326 (J/kg K).

La caratteristiche morfologiche delle fibre di lana, tra cui la struttura delle scaglie superficiali, la lunghezza, lo spessore, presenza o assenza del midollo centrale, riconoscibili con osservazione microscopica dipendono sensibilmente dalla razza degli ovini e, nell’ambito della stessa razza dall’età della pecora, dal tipo di allevamento, dalla natura dei pascoli quindi dalla specificità dei nutrienti. Inoltre, nel caso di una stessa pecora, è possibile riscontrare notevoli variazioni a seconda della parte del corpo da cui la fibra ha origine. Pertanto, si può affermare che la composizione delle fibre di lana varia da campione a campione.

 

Per approfondimenti:

  • Henning Koehn,, Stefan Clerens, Santanu Deb-Choudhury, James D. Morton, Jolon M. Dyer, Jeffrey E. Plowman, Higher sequence coverage and improved confidence in the identification of cysteine-rich proteins from the wool cuticle using combined chemical and enzymatic digestion Journal of proteomics 2009, n 73 pp. 323-330
  • Jeanette M. Cardamone, Alberto Nu˜nez, Rafael A. Garcia, Mila Aldema-Ramos Hindawi Characterizing Wool Keratin Publishing Corporation Research Letters in Materials Science 2009
  • Clara Barba, Sonya Scott, Alisa Roddick-Lanzilotta1 Rob Kelly2 Albert M Manich, Jose Luis Parra, and Luisa Coderch, Restoring Important Hair Properties with Wool Keratin Proteins and Peptides Fibers and Polymers 2010, Vol.11, No.7, 1055-1061
  • Jeffrey E. Plowman, Santanu Deb-Choudhury, Ancy Thomas, Stefan Clerens, Charisa D, Cornellison Anita, J. Grosvenor Jolon, M. Dyer Characterisation of low abundance wool proteins through novel differential extraction techniques Electrophoresis 2010, 31, 1937–1946
  • M. Zoccola, N. Lu1, R. Mossotti, R. Innocenti, A. Montarsolo Identification of Wool, Cashmere, Yak, and Angora Rabbit Fibers and Quantitative Determination of Wool and Cashmere in Blend: a Near Infrared Spectroscopy Study Fibers and Polymers 2013, Vol.14, No.8, 1283-1289
  • A. Aluigi, M. Zoccola, C. Vineis, C. Tonin, F. Ferrero, M. Canetti Study on the structure and properties of wool keratin regenerated from formic acid International Journal of Biological Macromolecules 2007, 41, 266–273
    Eric Jovera, Zaharie Moldovan, Josep Maria Bayona Complete characterisation of lanolin steryl esters by sub-ambient pressure gas chromatography–mass spectrometry in the electron impact and chemical ionisation modes Journal of Chromatography A, 2002, 970, 249–258
  • Donald F G. Orwin, Joy L. Woods,Stephen L. Ranford Cortical Cell Types and their Distribution in Wool Fibres Australian Journal of Biological Sciences, 1984, 37, 237-55
  • Jeffrey E. Plowman Review Proteomic database of wool components Journal of Chromatography B, 2003, 787, 63–76
  • Jeffrey E. Plowman, Santanu deb-Choudhury, Warren g. Bryson, Stefan Clerens, Jolon m. Dyer Protein Expression in Orthocortical and Paracortical Cells of Merino Wool Fibers Journal of Agricultural Food Chemistry, 2009, 57, 2174–2180
  • Baki Aksakal, Vilayet Alekberov The Effect of Temperature and Water on the Mechanical Properties of Wool Fibres Investigated with Different Experimental Methods Fibers and Polymers 2009, Vol.10, No.5
  • H. L. Liu, W. D. Yu, H. B. Jin, Modeling the Stress-Relaxation Behavior of Wool Fibers Journal of Applied Polymer Science, 2008 Vol. 110, 2078–2084
  • Jinbo Yao, Yanbo Liu, Suoting Yang, Jianzhong Liu Characterization of Secondary Structure Transformation of Stretched and Slenderized Wool Fibers with FTIR Spectra Journal of Engineered Fibers and Fabrics Volume 3, Issue 2, 2008

Riferimenti bibliografici
Gallico L., La Lana , 2000.
Gallico L., Pozzo P. Davide, Pollone F. Ramella, Zoccola M., Lane d’Italia, 1991.
Martuscelli E., Relazioni Proprietà-Struttura nelle Fibre di Lana , 2003.

Per approfondimenti:
Caratterizzazione chimica
Caratterizzazione fisica