1.3 Строение и состав шерстяных волокон
Шерстью называют волосяной покров животных, который может быть использован в текстильной и легкой промышленности для переработки в пряжу, ткани, трикотаж, валяльно-войлочные изделия [8].
Шерсть овец в массе состоит из отдельных волокон. По внешнему виду и техническим свойствам различают следующие типы шерстяных волокон: пух, ость, переходное волокно, мертвый, сухой, кроющий, защитный, осязательный волос, песигу и кемп. Между собой волокна различаются по внешнему виду, морфо-гистологическому строению и физико-техническим свойствам.
Основными морфологическими участками шерстяного волокна являются луковица, корень и стержень. Полностью расправленное шерстяное волокно представляет собой эллиптический цилиндр.
Корень волоса опутан влагалищными оболочками, образовавшимися из эпителиального слоя кожи. Вместе с влагалищными оболочками корень находится в углублении дермы, называемом волосяной сумкой, имеющей косое направление относительно поверхности кожи.
На своем конце корень утолщается, образуя луковицу. В нижней части растущей луковицы имеется вдавление, которое занимает волосяной сосочек, расположенный на дне волосяной сумки.
Стержень волоса состоит из сердцевины (мозгового вещества), коркового вещества и кутикулы [10].
Волокна шерсти имеют сложное гистологическое строение. Волокно тонкой мериносовой шерсти состоит из двух слоев: наружного — чешуйчатого, или кутикулы, и внутреннего коркового слоя — кортекса. У более грубых волокон имеется третий слой — сердцевинный (рис.2).
Рисунок 2 - Гистологическое строение шерстяных волокон:
1- мертвый волос; 2 — ость; 3 - переходный волос; 4 — пух.
Кутикула состоит из сплющенных, находящих одна на другую клеток (чешуек), которые крепко связаны друг с другом, с находящимся внутри корковым слоем. Она является сложным образованием, состоящим из трех слоев: устойчивых к внешним воздействиям эпикутикулы и эндокутикулы и неустойчивой к ферментативным воздействиям экзокутикулы.
Кутикулярные клетки ограничены мембраной со всех сторон, и общее количество мембран кутикулы составляет около 2% волокна. В состав мембраны кутикулярных клеток кроме белковых веществ, составляющих около 80% ее массы, обнаружены липиды, зольные вещества и небольшие количества карбогидратов [10].
Эпикутикула обладает высокой устойчивостью к действию ряда химических реагентов: кислот, окислителей, восстановителей, ферментов и в определенной степени щелочей. Высокую химическую устойчивость объясняют существующим взаимодействием между липидами и белками в мембране.
Сами клетки кутикулы состоят из двух основных компонентов: экзокутикулы и эндокутикулы. Экзокутикулой называют более толстый слой, расположенный сразу под поверхностной мембраной (эпикутикулой). На экзокутикулу приходится около 60% всего кутикулярного слоя, она является белком с высокой гидрофобностью и большим содержанием серы, т. е. высокой степенью сшивки пептидных цепей, потому она может служить барьером для диффузии крупных молекул внутрь волокна. Под слоем экзокутикулы находится слой эндокутикулы. Она растворима в кислотах, содержит существенно меньше цистина, чем экзокутикула.
Корковый слой находится под кутикулой, составляет основную массу волокна и определяет основные физико-механические и во многом химические свойства шерсти. Корковый слой построен из веретенообразных клеток, достаточно плотно прижатых друг к другу. Клетки коркового вещества состоят из фибрилл, погруженных в межфибриллярное вещество и окруженных клеточными мембранами.
Сердцевинный слой — это полость внутри волокна, заполненная высохшими клетками и воздухом, она может быть непрерывной (ость) и прерывистой (переходные волокна). Наличие сердцевины снижает прочность волокна, но повышает его теплозащитные свойства [10].
Волокно шерсти относится к белковым соединениям типа кератинов. На долю кератина в составе этого волокна приходится 90%. Кератин шерсти представлен двумя его разновидностями: кератин А и кератин С. Кератин А образует вещество чешуйчатого слоя, а кератин С — коркового и сердцевинного слоев. Кератин С в отличие от кератина А содержит аминокислоту тирозин. Прочность волокон обусловлена сильным межмолекулярным взаимодействием и наличием поперечных дисульфидных связей [10].
Химический состав шерсти следующий, %:
Углерод — 50,3 — 52,2%
Водород — 6,4 — 7,3%
Азот — 16,2 — 17,7%
Кислород — 15 — 20,7%
Сера — 2 — 5%
Перечисленные химические элементы образуют в кератине до 20 различных аминокислот, в том числе цистин, который содержит почти всю серу. Повышенное содержание серы увеличивает устойчивость шерсти к химическим и другим воздействиям, а также повышает ее физико-механические свойства.