1.3.1. Шерстяное волокно

Шерстяное волокно является продуктом жизнедеятельности овец, коз, верблюдов и снимается с них при стрижке. Главной составной частью шерстяного волокна является природный белок – кератин. По химической структуре белок кератина имеет полипептидную природу и состоит из остатков различных аминокислот, соединенных пептидными связями ( ). Установлено, что в состав кератина входит 19 аминокислот сложного химического строения, в том числе цистиновая кислота, определяющая некоторые специфические особенности структуры и свойств шерстяного волокна. Это связано с наличием в молекуле цистина дисульфидных групп (– S – S –).

Макромолекулы кератина, помимо главных продольных цепей, имеют боковые ответвления, содержащие функциональные группы – NH₂ , – COOH, – OH. Они могут взаимодействовать между собой и с функциональными группами другой макромолекулы, образуя боковые поперечные связи между главными полимерными цепями. Таким образом, кератин шерсти имеет сложную пространственную структуру в виде складчатых цепей, связанных друг с другом ковалентными дисульфидными, солевыми (ионными) и водородными связями. Схематично ее можно представить в следующем виде:

Образованию складчатой структуры главных цепей способствует электростатическое притяжение соседних противоположно заряженных амино- (–NH₃⁺) и карбоксильных (–СОО^–) групп. Складчатая структура полипептидных цепей кератина и наличие между ними прочных поперечных связей обусловливают извитость и высокую эластичность шерстяных волокон. Под действием влаги, тепла, механических нагрузок волокна могут вытягиваться и вновь возвращаться к исходной форме, что не присуще целлюлозным материалам.

Благодаря присутствию основных (–NH₂) и кислотных (–СООН) групп, кератин шерсти проявляет амфотерные свойства. Он может находиться в неионизированном (NH₂–R–COOH) или чаще ионизированном (NH₃⁺–R–COO^-) состояниях. При погружении в раствор кислоты подавляется ионизация кислотных групп, и волокно приобретает положительный заряд:

NH ₃⁺ –R –COO ^- + H⁺ → NH₃⁺ –R – COOH

Если волокно погрузить в щелочной раствор, то подавляется ионизация аминогрупп и волокно приобретает избыточный отрицательный заряд:

NH₃⁺ – R – COO ^- + OH ^- → NH₂ – R – COO ^- + HOH

Шерстяное волокно устойчиво к действию органических растворителей. При нагревании свыше 100^оС желтеет, теряет прочность и эластичность, при температуре 130^оС – разрушается.

Разбавленные минеральные кислоты (до 5%) на шерстяное волокно не действуют, при повышении температуры раствора до 100^оС шерсть повреждается. Органические кислоты действуют слабо. По сравнению с целлюлозой шерсть к действию кислот значительно более устойчива.

Щелочи разрушают солевые связи между макроцепями, дисульфидные группы цистиновой кислоты и частично гидролизуют пептидные связи макромолекул кератина. Под действием щелочей шерсть желтеет, волокна становятся хрупкими и ломкими. В 3%-ых кипящих растворах КОН и NaOH шерсть почти мгновенно растворяется.

Окислители (гипохлорит и хлорит натрия) в слабощелочной среде удаляют наружный чешуйчатый слой с волокон шерсти. Кератин взаимодействует с активным хлором с образованием хлораминокислот, вызывающих пожелтение волокна. В разбавленных водных растворах перекиси водорода при температуре не выше 40^оС значительных изменений в волокне не наблюдается. Фотохимическому разрушению под действием света кератин подвергается значительно интенсивнее, чем целлюлоза.

Шерсть очень чувствительна к действию восстановителей, особенно в щелочной среде. При этом разрываются солевые и дисульфидные связи, что приводит к повреждению шерсти.