Міжфазні властивості лактату хітозану на межі розділу рідина/повітря
The interfacial properties (dynamic and equilibrium surface tension, viscosity and elasticity moduli) of chitosan lactate have been studied at the liquid/air interface by the oscillating drop shape method. Isotherms of dynamic surface tension of chitosan lactate are similar to dependences for other...
Збережено в:
| Дата: | 2021 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2021
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/607 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Репозитарії
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543933096525824 |
|---|---|
| author | Kovtun, G. I. |
| author_facet | Kovtun, G. I. |
| author_sort | Kovtun, G. I. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:01:33Z |
| description | The interfacial properties (dynamic and equilibrium surface tension, viscosity and elasticity moduli) of chitosan lactate have been studied at the liquid/air interface by the oscillating drop shape method. Isotherms of dynamic surface tension of chitosan lactate are similar to dependences for other polyelectrolyte solutions, in particular for proteins. Chitosan is a weak cationic polyelectrolyte which can change its conformation from a linear rod to a chaotic and compacted coil. Therefore, the experimental dependence of the equilibrium surface tension on concentration of chitosan lactate was analyzed with the adsorption model proposed earlier for proteins. This model accounts the possibility of polyelectrolyte molecules existence in surface layer in n states with different molar surface varying from the maximum value at very low surface coverage by polyelectrolyte molecules to a minimum value at high surface coverage. Good agreement between the calculated and experimental values of surface tension was observed. The dependences of the elasticity and viscosity moduli of chitosan lactate solutions on the drop oscillations frequency are conditioned by the influence of exchange processes both between the surface layer and the bulk solution and in the surface layer itself. An increase of the solution concentration intensifies the exchange processes, and an increase of the oscillation frequency suppresses them. It is shown that the dependence of the surface viscoelasticity modulus of chitosan lactate is extreme in nature with a pronounced maximum. The reason for such behavior is the possibility of changing the molar surface area of the polyelectrolyte at the interface dependent on the amount of adsorption and its structural properties. Attempt of theoretical description of the viscoelasticity modulus within the framework of model accounting mono- or bilayer adsorption did not lead to a satisfactory result, possibly due to barrier adsorption mechanism of chitosan. But bilayer model provide qualitative description of extreme behavior of surface viscoelasticity on concentration. The values of the surface viscoelasticity modulus of chitosan lactate occupy an intermediate position in comparison with the data available in the literature for globular and flexible-chain proteins, that is consistent with their molecular structure. In addition, the work shows the applicability of the adsorption model, developed earlier for proteins in the framework of a nonideal two-dimensional solution theory, for describing the surface properties of other polyelectrolytes. This makes it possible to obtain qualitative and quantitative information about the processes occurring in the systems under study. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:34:29Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-607 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-17T12:08:21Z |
| publishDate | 2021 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-6072022-06-29T10:01:33Z Interfacial properties of chitosan lactate at the liquid/air interface Міжфазні властивості лактату хітозану на межі розділу рідина/повітря Kovtun, G. I. chitosan surface tension viscoelasticity modulus adsorption model liquid/air interface хітозан поверхневий натяг модуль в’язкопружності адсорбційна модель межа розділу рідина/повітря The interfacial properties (dynamic and equilibrium surface tension, viscosity and elasticity moduli) of chitosan lactate have been studied at the liquid/air interface by the oscillating drop shape method. Isotherms of dynamic surface tension of chitosan lactate are similar to dependences for other polyelectrolyte solutions, in particular for proteins. Chitosan is a weak cationic polyelectrolyte which can change its conformation from a linear rod to a chaotic and compacted coil. Therefore, the experimental dependence of the equilibrium surface tension on concentration of chitosan lactate was analyzed with the adsorption model proposed earlier for proteins. This model accounts the possibility of polyelectrolyte molecules existence in surface layer in n states with different molar surface varying from the maximum value at very low surface coverage by polyelectrolyte molecules to a minimum value at high surface coverage. Good agreement between the calculated and experimental values of surface tension was observed. The dependences of the elasticity and viscosity moduli of chitosan lactate solutions on the drop oscillations frequency are conditioned by the influence of exchange processes both between the surface layer and the bulk solution and in the surface layer itself. An increase of the solution concentration intensifies the exchange processes, and an increase of the oscillation frequency suppresses them. It is shown that the dependence of the surface viscoelasticity modulus of chitosan lactate is extreme in nature with a pronounced maximum. The reason for such behavior is the possibility of changing the molar surface area of the polyelectrolyte at the interface dependent on the amount of adsorption and its structural properties. Attempt of theoretical description of the viscoelasticity modulus within the framework of model accounting mono- or bilayer adsorption did not lead to a satisfactory result, possibly due to barrier adsorption mechanism of chitosan. But bilayer model provide qualitative description of extreme behavior of surface viscoelasticity on concentration. The values of the surface viscoelasticity modulus of chitosan lactate occupy an intermediate position in comparison with the data available in the literature for globular and flexible-chain proteins, that is consistent with their molecular structure. In addition, the work shows the applicability of the adsorption model, developed earlier for proteins in the framework of a nonideal two-dimensional solution theory, for describing the surface properties of other polyelectrolytes. This makes it possible to obtain qualitative and quantitative information about the processes occurring in the systems under study. Міжфазні властивості (динамічний та рівноважний поверхневий натяг, модулі в’язкості та пружності) лактату хітозану досліджувались на межі поділу рідина/повітря методом форми осцилюючої краплі. Ізотерми динамічного поверхневого натягу лактату хітозану подібні до залежностей для інших розчинів поліелектролітів, зокрема для білків. Хітозан – слабкий катіонний поліелектроліт, який може змінювати свою конформацію від лінійного стрижня до хаотичного і ущільненого клубка. Тому експериментальну залежність рівноважного поверхневого натягу від концентрації лактату хітозану аналізували за допомогою моделі адсорбції, запропонованої раніше для білків. Ця модель враховує можливість існування молекул поліелектроліту в поверхневому шарі в n станах з різною молярною поверхнею, що варіюється від максимального значення при дуже низькому заповненні поверхні молекулами поліелектроліту до мінімального значення при високому заповненні поверхні. Досягнуто хорошої згоди між розрахунковими та експериментальними значеннями поверхневого натягу. Залежності модулів пружності та в'язкості розчинів лактату хітозану від частоти коливань краплі обумовлені впливом обмінних процесів як між поверхневим шаром та об’ємом розчину, так і в самому поверхневому шарі. Збільшення концентрації розчину посилює обмінні процеси, а збільшення частоти коливань пригнічує їх. Показано, що залежність модуля поверхневої в’язкопружності лактату хітозану має екстремальний характер з вираженим максимумом. Причиною такої поведінки є можливість зміни площі молярної поверхні поліелектроліту на межі розділу в залежності від величини адсорбції та його структурних властивостей. Спроба теоретичного опису модуля в’язкопружності в рамках моделі, що враховує моно- або двошарову адсорбцію, не привела до задовільного результату, можливо, через бар’єрний механізм адсорбції хітозану. Але двошарова модель дає якісний опис екстремальної поведінки поверхневої в’язкопружності від концентрації. Значення модуля поверхневої в’язкопружності лактату хітозану займають проміжне місце порівняно з наявними в літературі даними для глобулярних білків та білків з гнучкими ланцюгами, що узгоджується з їхньою молекулярною структурою. Крім того, робота показує придатність моделі адсорбції, розробленої раніше для білків в рамках теорії неідеального двовимірного розчину, для опису поверхневих властивостей інших поліелектролітів. Це дає можливість отримати якісну та кількісну інформацію про процеси, що відбуваються в досліджуваних системах. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2021-11-27 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/607 10.15407/hftp12.04.374 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 12 No. 4 (2021): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 374-381 Химия, физика и технология поверхности; Том 12 № 4 (2021): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 374-381 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 12 № 4 (2021): Хімія, фізика та технологія поверхні; 374-381 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp12.04 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/607/615 Copyright (c) 2021 G. I. Kovtun |
| spellingShingle | хітозан поверхневий натяг модуль в’язкопружності адсорбційна модель межа розділу рідина/повітря Kovtun, G. I. Міжфазні властивості лактату хітозану на межі розділу рідина/повітря |
| title | Міжфазні властивості лактату хітозану на межі розділу рідина/повітря |
| title_alt | Interfacial properties of chitosan lactate at the liquid/air interface |
| title_full | Міжфазні властивості лактату хітозану на межі розділу рідина/повітря |
| title_fullStr | Міжфазні властивості лактату хітозану на межі розділу рідина/повітря |
| title_full_unstemmed | Міжфазні властивості лактату хітозану на межі розділу рідина/повітря |
| title_short | Міжфазні властивості лактату хітозану на межі розділу рідина/повітря |
| title_sort | міжфазні властивості лактату хітозану на межі розділу рідина/повітря |
| topic | хітозан поверхневий натяг модуль в’язкопружності адсорбційна модель межа розділу рідина/повітря |
| topic_facet | chitosan surface tension viscoelasticity modulus adsorption model liquid/air interface хітозан поверхневий натяг модуль в’язкопружності адсорбційна модель межа розділу рідина/повітря |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/607 |
| work_keys_str_mv | AT kovtungi interfacialpropertiesofchitosanlactateattheliquidairinterface AT kovtungi mížfaznívlastivostílaktatuhítozanunamežírozdílurídinapovítrâ |