Characteristics and properties of carboxymethylchitosan

Four samples of N,O-carboxymethylchitosan (0.5 < <(DS)over bar> < 1.5) were prepared by reacting chitosan (<(DA)over bar> = 24%) with monochloroacetic acid in the presence of excess sodium hydroxide. The carboxymethylchitosan samples were soluble in a wider range of pH as compared to the parent chitosan and the X-ray diffraction showed that they adopt a less ordered arrangement. The carboxymethylation of chitosan decreased the thermal stability of the polymer as evaluated by thermogravimetry but no clear dependence of the activation energy on the average degree of substitution of carboxymethylchitosan was identified. However, the values of activation energy of carboxymethylchitosan issued from the isothermal study depended on the degree of conversion, suggesting the occurrence of a complex set of simultaneous reactions. (C) 2008 Published by Elsevier Ltd.

Histological evaluation of chitosan-based biomaterials used for the correction of critical size defects in rat`s calvaria

Chitosan, a biopolymer obtained from chitin, and its derivates, such as chitosan hydrochloride, has been reported as wound healing accelerators and as possible bone substitutes for tissue engineering, and therefore these Substances could be relevant in dentistry and periodontology. The purpose of this investigation was to make a histological evaluation of chitosan and chitosan hydrochloride biomaterials (gels) used in the correction of critical size bone defects made in rat`s calvaria. Bone defects of 8 mm in diameter were surgically created in the calviria of 50 Holtzman (Rattus norvegicus) rats and filled with blood clot (control), low molecular weight chitosan, high molecular weight chitosan, low molecular weight chitosan hydrochloride, and high molecular weight chitosan hydrochloride, numbering 10 animals, divided into two experimental periods (15 and 60 days), for each biomaterial. The histological evaluation was made based on the morphology of the new-formed tissues in defect`s region, and the results indicated that there was no statistical difference between the groups when the new bone formation in the entire defect`s area were compared (p > 0.05) and, except in the control groups, assorted degrees of inflammation Could be Seen. In Conclusion, chitosan and chitosan hydrochloride biomaterials used in this study were not able to promote new bone formation in critical size defects made in rat`s calvaria. (C) 2009 Wiley Periodicals, Inc. J Biomed Mater Res 93A: 107-114, 2016

Thermal studies of chitin-chitosan derivatives

New poly(azo) amino-chitosan compounds were obtained from the azo coupling reaction of N-benzyl chitosan and diazonium salts. The thermal behavior of these compounds was studied by thermogravimetric analysis (TG), differential thermogravimetric analysis (DTG), TG coupled with a Fourier-transform infrared, and differential scanning calorimetry (DSC). TG/DTG curves of chitin-chitosan polymer showed two thermal events attributed to water loss and decomposition of the polysaccharide after cross-linking reactions. Thermal analysis of the poly(azo) amino-chitosan compounds showed that the decomposition temperatures decreased when compared to the starting chitin-chitosan and N-benzyl chitosan. DSC results showed an agreement with the TG/DTG analyses. Thermal behavior of poly(azo) amino-chitosans suggest that these compounds could be considered as potential thermal sensors. © 2012 Akadémiai Kiadó, Budapest, Hungary.

Chitin and chitosan dissolved in ionic liquids as reversible sorbents of CO2

A novel dissolving process for chitin and chitosan has been developed by using the ionic liquid 1-butyl-3-methyl-imidazolium chloride ([Bmim]Cl) as a solvent, and a novel application of chitin and chitosan as substitutes for amino-functionalized synthetic polymers for capturing and releasing CO2 has also been exploited based on this processing strategy.

Novel materials based on chitosan, its derivatives and cellulose fibres

O presente trabalho tem como principal objectivo o desenvolvimento de novos materiais baseados em quitosano, seus derivados e celulose, na forma de nanofibras ou de papel. Em primeiro lugar procedeu-se à purificação das amostras comerciais de quitosano e à sua caracterização exaustiva em termos morfológicos e físicoquímicos. Devido a valores contraditórios encontrados na literatura relativamente à energia de superfície do quitosano, e tendo em conta a sua utilização como precursor de modificações químicas e a sua aplicação em misturas com outros materiais, realizou-se também um estudo sistemático da determinação da energia de superfície do quitosano, da quitina e seus respectivos homólogos monoméricos, por medição de ângulos de contacto Em todas as amostras comerciais destes polímeros identificaram-se impurezas não polares que estão associadas a erros na determinação da componente polar da energia de superfície. Após a remoção destas impurezas, o valor da energia total de superfície (gs), e em particular da sua componente polar, aumentou consideravelmente. Depois de purificadas e caracterizadas, algumas das amostras de quitosano foram então usadas na preparação de filmes nanocompósitos, nomeadamente dois quitosanos com diferentes graus de polimerização, correspondentes derivados solúveis em água (cloreto de N-(3-(N,N,N-trimetilamónio)-2- hidroxipropilo) de quitosano) e nanofibras de celulose como reforço (celulose nanofibrilada (NFC) e celulose bacteriana (BC). Estes filmes transparentes foram preparados através de um processo simples e com conotação ‘verde’ pela dispersão homogénea de diferentes teores de NFC (até 60%) e BC (até 40%) nas soluções de quitosano (1.5% w/v) seguida da evaporação do solvente. Os filmes obtidos foram depois caracterizados por diversas técnicas, tais como SEM, AFM, difracção de raio-X, TGA, DMA, ensaios de tracção e espectroscopia no visível. Estes filmes são altamente transparentes e apresentam melhores propriedades mecânicas e maior estabilidade térmica do que os correspondentes filmes sem reforço. Outra abordagem deste trabalho envolveu o revestimento de folhas de papel de E. globulus com quitosano e dois derivados, um derivado fluorescente e um derivado solúvel em água, numa máquina de revestimentos (‘máquina de colagem’) à escala piloto. Este estudo envolveu inicialmente a deposição de 1 a 5 camadas do derivado de quitosano fluorescente sobre as folhas de papel de forma a estudar a sua distribuição nas folhas em termos de espalhamento e penetração, através de medições de reflectância e luminescência. Os resultados mostraram que, por um lado, a distribuição do quitosano na superfície era homogénea e que, por outro lado, a sua penetração através dos poros do papel cessou após três deposições. Depois da terceira camada verificou-se a formação de um filme contínuo de quitosano sobre a superfície do papel. Estes resultados mostram que este derivado de quitosano fluorescente pode ser utilizado como marcador na optimização e compreensão de mecanismos de deposição de quitosano em papel e outros substratos. Depois de conhecida a distribuição do quitosano nas folhas de papel, estudou-se o efeito do revestimento de quitosano e do seu derivado solúvel em água nas propriedades finais do papel. As propriedades morfológicas, mecânicas, superficiais, ópticas, assim como a permeabilidade ao ar e ao vapor de água, a aptidão à impressão e o envelhecimento do papel, foram exaustivamente avaliadas. De uma forma geral, os revestimentos com quitosano e com o seu derivado solúvel em água tiveram um impacto positivo nas propriedades finais do papel, que se mostrou ser dependente do número de camadas depositadas. Os resultados também mostraram que os papéis revestidos com o derivado solúvel em água apresentaram melhores propriedades ópticas, aptidão à impressão e melhores resultados em relação ao envelhecimento do que os papéis revestidos com quitosano. Assim, o uso de derivados de quitosano solúveis em água em processos de revestimento de papel representa uma estratégia bastante interessante e sustentável para o desenvolvimento de novos materiais funcionais ou na melhoria das propriedades finais dos papéis. Por fim, tendo como objectivo valorizar os resíduos e fracções menos nobres da quitina e do quitosano provenientes da indústria transformadora, estes polímeros foram convertidos em polióis viscosos através de uma reacção simples de oxipropilação. Este processo tem também conotação "verde" uma vez que não requer solvente, não origina subprodutos e não exige nenhuma operação específica (separação, purificação, etc) para isolar o produto da reacção. As amostras de quitina e quitosano foram pré-activadas com KOH e depois modificadas com um excesso de óxido de propileno (PO) num reactor apropriado. Em todos os casos, o produto da reacção foi um líquido viscoso composto por quitina ou quitosano oxipropilados e homopolímero de PO. Estas duas fracções foram separadas e caracterizadas.

Numerical simulation for the 3D seepage flow with fractional derivatives in porous media

In this paper, the numerical simulation of the 3D seepage flow with fractional derivatives in porous media is considered under two special cases: non-continued seepage flow in uniform media (NCSFUM) and continued seepage flow in non-uniform media (CSF-NUM). A fractional alternating direction implicit scheme (FADIS) for the NCSF-UM and a modified Douglas scheme (MDS) for the CSF-NUM are proposed. The stability, consistency and convergence of both FADIS and MDS in a bounded domain are discussed. A method for improving the speed of convergence by Richardson extrapolation for the MDS is also presented. Finally, numerical results are presented to support our theoretical analysis.

Modified alternating direction methods for solving a two-dimensional non-continuous seepage flow with fractional derivatives

In this paper, a two-dimensional non-continuous seepage flow with fractional derivatives (2D-NCSF-FD) in uniform media is considered, which has modified the well known Darcy law. Using the relationship between Riemann-Liouville and Grunwald-Letnikov fractional derivatives, two modified alternating direction methods: a modified alternating direction implicit Euler method and a modified Peaceman-Rachford method, are proposed for solving the 2D-NCSF-FD in uniform media. The stability and consistency, thus convergence of the two methods in a bounded domain are discussed. Finally, numerical results are given.

Numerical methods for fractional partial differential equations with Riesz space fractional derivatives

In this paper, we consider the numerical solution of a fractional partial differential equation with Riesz space fractional derivatives (FPDE-RSFD) on a finite domain. Two types of FPDE-RSFD are considered: the Riesz fractional diffusion equation (RFDE) and the Riesz fractional advection–dispersion equation (RFADE). The RFDE is obtained from the standard diffusion equation by replacing the second-order space derivative with the Riesz fractional derivative of order αset membership, variant(1,2]. The RFADE is obtained from the standard advection–dispersion equation by replacing the first-order and second-order space derivatives with the Riesz fractional derivatives of order βset membership, variant(0,1) and of order αset membership, variant(1,2], respectively. Firstly, analytic solutions of both the RFDE and RFADE are derived. Secondly, three numerical methods are provided to deal with the Riesz space fractional derivatives, namely, the L1/L2-approximation method, the standard/shifted Grünwald method, and the matrix transform method (MTM). Thirdly, the RFDE and RFADE are transformed into a system of ordinary differential equations, which is then solved by the method of lines. Finally, numerical results are given, which demonstrate the effectiveness and convergence of the three numerical methods.

Do derivatives have a role in the risk-shifting behaviour of fund managers?

In this paper we examine the extent to which derivatives are used to affect the risk-shifting behaviour of Australian equity fund managers. We find, after periods of good and poor performance, the risk-shifting behaviour of fund managers is different between derivative users and non-users. Our results support the gaming and active competition hypotheses but there is little support for the cash flow hypothesis. The study also allows for a complex reporting environment by analysing data across three alternate time periods: the calendar year, financial year and quarterly frames. Given that our results are not consistent across time periods for users and non-users of derivatives, some caution in interpretation is required.