This project concentrates on the energy flows of Klintehamn and examines if it is possible for Klintehamn to be self-sufficient in the future. To reach this goal, the energy flows in Klintehamn must be analyzed. Subsequently, a new improved energy flow has been designed, where other renewable energy sources are included. Klintehamn is an urban area on the Swedish island of Gotland. An industrial park is established in the harbour of Klintehamn, and currently a sawmill, a fodder production facility and a few wind turbines are located in the area. A program, Program Klintehamn 2030, outlines opportunities to develop Klintehamn in many areas. The goals for Klintehamn are to increase the use of renewable energy sources and decrease greenhouse gas emissions. More specifically, this includes building a biogas plant by evolving the already established sewage treatment plant, and increasing the use of renewable energy sources such as wind and solar energy. Models of the Current Energy System and the Improved Energy System have been designed during the project. Calculations of the Current Energy System have been made and for the Improved Energy System, seven scenarios have been constructed. The calculations program, Matlab, has been used for all calculations. The following scenarios have been modeled in this project: • Scenario 1 - Development of biogas • Scenario 2 - Increased wind power • Scenario 3 - Development of solar park • Scenario 4 - Development of solar panels • Scenario 5 - Combination 1, scenario 1-4 added into one system • Scenario 6 - Combination 2, 100% renewable energy • Scenario 7 - Combination 3, development of Scenario 5, with more renewable energy In the Current Energy System, the total yearly energy demand is 3.423 TWh, where 3.405 TWh is electricity and 18.2 GWh is heat. The future demand of electricity and heat will be 3.407 TWh and 265 GWh per year, respectively. Scenario 5 is the first combined scenario, where the current energy and all renewable energy sources are included. The generated electricity in that scenario is not enough to satisfy the electricity demand. Scenario 6 consists of 100% renewable energy sources. To achieve the energy demand of Klintehamn all the renewable energy sources have been maximized in order to become self-sufficient. It generated an absurd result, which was far from realistic. Scenario 7 is an expansion of Scenario 5 but with more renewable energy. All energy sources have been expanded and Scenario 7 generates 108 GWh of electricity. Scenario 5 and Scenario 7 are two reasonable scenarios with reasonable amounts of renewable energy installed, but with different levels of ambition. The conclusion of the project is that, it is possible to improve the current energy system. The energy system can become more sustainable and fossil energy sources can be removed and replaced by renewable energy sources. In order for Klintehamn to be self-sufficient, more energy sources must be included, for example wave power. / Det här projektet handlar om energiflödet i Klintehamn och hur Klintehamn i framtiden ska kunna bli självförsörjande. För att kunna göra detta måste dagslägets energiflöde i Klintehamn utvärderas. Därefter har ett nytt förbättrat energiflöde konstruerats, där andra förnybara energikällor är inkluderade. Klintehamn är en tätort på den svenska ön Gotland. En industripark är etablerad i Klintehamns hamnområde, och för närvarande är ett sågverk, en foderproduktionsanläggning samt ett fåtal vindkraftverk befintliga i området. Ett program, Program Klintehamn 2030, har tagits fram, då det finns möjligheter att utveckla Klintehamn på många områden. Mål, för att Klintehamn ska ¨oka användande av förnyelsebar energi och sänka sina koldioxidutsläpp i framtiden, har utvecklats. Några specifika mål är att det ska byggas en biogasanläggning i anknytning till det befintliga reningsverket, samt att utöka användningen av förnybara energikällor så som vind och solenergi. Modeller på dagens energisystem och ett utvecklat energisystem i framtiden har konstruerats under projektets gång. Därefter har beräkningar av dagens energisystem gjorts och för framtida systemet har ett antal scenarion byggts upp och beräknats på. Alla beräkningar har gjorts med hjälp av beräkningsprogramet Matlab. Scenariona i detta projekt är följande:  • Scenario 1 - Utveckling av biogas • Scanario 2 - Utökning av vindkraften • Scenario 3 - Utveckling av solpark • Scenario 4 - Utveckling av solpaneler • Scenario 5 - Kombination 1, scenario 1-4 adderat till ett system • Scenario 6 - Kombination 2, 100% förnybar energi • Scenario 7 - Kombination 3, utveckling av Scenario 5, med mer förnyelsebar energi I det nuvarande energisystemet är den totala årliga efterfrågan av energi 3.423 TWh, varav 3.405 TWh ¨ar elektricitet och 18.2 GWh är värme. Den framtida efterfrågan av electricitet och värme kommer vara 3.407 TWh respektive 265 GWh per år. Scenario 5 är det första kombinerade scenariot, där alla förnybara energikällor är inkluderade. Den genererade elektriciteten i det scenariot är inte tillräcklig för att nå efterfrågan. Scenario 6 består av 100% förnybara energikällor. För att uppnå Klintehamns energibehov har alla förnybara energikällor maximerats för att kunna bli självförsörjande. Det genererade ett absurt resultat, som var långt från rimligt. Scenario 7 är en påbyggnad av Scenario 5, med ännu mer förnyelsebar energi. Alla energikällor har utökats och Scenario 7 genererar 108 GWh elektricitet. Scenario 5 och Scenario 7 är två rimliga scenarion med rimliga mängder förnybara energikällor installerade, men med olika ambitionsnivåer. Så slutsatsen av projektet är att det går att förbättra det nuvarande energisystemet. Energisystemet kan bli mer hållbart och fossila energikällor kan fasas ut och i stor utsträckning ersättas med förnybara energikällor. För att Klintehamn ska kunna bli självförsörjande måste fler energikällor inkluderas, till exempel vågkraft.

Idag pågår en omfattande omställning till förnyelsebara energikällor för att minska negativa effekter orsakade av växthusgaser. Sverige har som mål att vara fossilfritt 2045. Biojetbränsle, jetbränsle framställt från biomassa, är det enda rimliga förnyelsebara alternativet för flyget meddagens teknik. Sverige har goda tillgångar till potentiellt råmaterial för framställning av biojetbränsle från skogsbruket. Fem certifierade framställningsmetoder kartlades och analyserades genom litteraturstudier och intervjuer med experter inom såväl flyg som bränsle för att fastställa deras lämplighet för svensk biojetbränsleproduktion. Förutsättningar, möjligheter, utmaningar och drivkrafter kopplade till framställning av biojetbränsle identifierades. Framställningsmetoderna analyserades med hjälp aven Pugh-matris där framställningsmetoderna jämfördes mot varandra utifrån faktorer som bedömdes relevanta. Analysen indikerade att framställningsmetoderna Alcohol to Jet och Fischer-Tropsch var bäst lämpade för svenska förhållanden, mycket tack vare möjligheten att användaskogsråvara som råmaterial. Certifieringsprocesser och certifierade bränslen identifierades. Nya biojetbränslen måste genomgå en rigorös certifieringsprocess och uppfylla hårda krav för att kunna certifieras enligt standarden ASTM D7566. Certifieringsprocessen för biojetbränslen visade sig vara en internationellt gemensam process, som en koalition av motortillverkare, flygbolag, myndigheter med flera, beslutat skall vara standard för framtagandet av framtida biojetbränslen. Återstående arbete för att kvalificera försvarsmaktens flygplattformar för drift med biojetbränsle därav utreddes. Det konstaterades att tillverkarna av flygfarkoster och motorer avgör huruvida de är godkända för drift med biojetbränsle. Till följd av högre kostnader för framställning av jetbränsle från biomassa än från råolja är tydliga policys och långsiktiga styrmedel en grundläggande förutsättning för att framställning av biojetbränsle ska lyckas. Tillgång till tillräckliga mängder hållbart råmaterial samt effektiva försörjningskedjor är exempel på utmaningar. Möjligheterna för biojetbränsle visade sig exempelvis vara tillvaratagandet av skadad skog. / There is an ongoing, extensive move towards renewable energy sources in order to reduce negative effects caused by greenhouse gases. Sweden aims to be completely fossil free by 2045. Bio jet fuel, jet fuel produced from biomass, is the only plausible renewable alternative for aviation with today's technology. Sweden has a good supply of potential feedstock for production of bio jet fuel from its forest industry. Five certified production routes were charted and analysed through literature studies and interviews with experts from the aviation and fuel field. Prerequisites, opportunities, challenges and drivers associated with bio jet fuel production were identified. The production routes were analysed with the help of a Pugh-matrix, they were compared to each other by factors that were deemed relevant. The analysis indicated that the routes Alcohol to Jet and Fischer Tropsch were most suitable for Swedish conditions, in large part due to the possibility of using forest products as feedstock. Certification processes and certified bio jet fuel were identified. New bio jet fuels have go through arigouros certification process and meet high set standards in order to be certified by the standard ASTM D7566. The certification process for bio jet fuels turned out to be an internationally agreed upon process that a coalition of OEM (Original Equipment Manufactures), airlines, authorities etc. agreed upon to be the standard for certification of future bio jet fuel. Which steps are required to approve aircraft in Sweden's armed forces for use with bio jet fuel were investigated. It was found that it is up to the OEM to decide if an aircraft is approved to run on bio jet fuel. Due to higher costs associated with production of jet fuel from biomass than from crude oil, clear policies and long term legislation are fundamental for success. Access too sufficient sustainable feedstock and effective supply chains are example of challenges that need to be addressed. The possibility of using damaged forest that would otherwise go to waste is one opportunity with bio jet fuel production.

Plast- och kompositindustrin har växt i årtionden och den ständigt växande världen och ny teknik kräver ännu större mängder polymerkompositer för en mängd olika tillämpningar. Numera är de negativa miljöaspekterna av polymerproduktion och plastavfall kända, men trots detta är råoljafortfarande det primära råmaterialet för de flesta polymerer. Att hitta biobaserade material medtillräckliga egenskaper för att ersätta de fullt syntetiska materialen är avgörande för en hållbarutveckling. Detta examensarbete studerar både glasfiber och mikrokristallin cellulosaarmerade biooljebaserade polyamider, samt undersöker hur de kan kompatibiliseras, deras mekaniska egenskaper samt användbarheten för additiv tillverkning. Kompatibilisering är en viktig aspekt när två föreningar blandas för att göra en komposit. Enlämplig kompatibilisator kommer att förbättra vidhäftningen vid gränsytan mellan armeringsmaterialet och polymermatrisen och därmed öka de mekaniska egenskaperna hos materialet. Glasfiber / polyamid-kompositen kompatibiliserades med vinyltrimetoxisilan, medanmikrokristallin cellulosa / polyamid-kompositen kompatibiliserades med 4,4'-difenylmetandiiisocyanat. Båda kompositerna analyserades för att erhålla information om termiska, mekaniska och reologiska egenskaper. Yt- och sprickmorfologin undersöktes också. Resultaten indikerar att armeringen resulterade i förbättrade mekaniska egenskaper, även om den önskade kompatibiliseringen inte erhölls i experimentet. Det mest uppmuntrande resultatet var att den biobaserade cellulosaarmeringen förbättrade de mekaniska egenskaperna. Genom visuell undersökning fanns den helt biobaserade polymerkompositen vara mjukare än den glasfiberarmerade. Framtidsutsikterna visar att det finns vissa problem att ta itu med och övervinna för att dessa material ska göras lämpliga för additiv tillverkning. Nyckeln är att hitta en kompatibilisator som tålupprepad bearbetning vid höga temperaturer. För att upprätthålla enhetliga egenskaper krävskorrekt spridning av armeringsmaterialet, vilket uppnås genom att optimera tillverkningsmetoden. Dessutom är cellulosa benägen att termisk nedbrytning, så behandlingstemperaturerna för både armeringsmaterialet och polymermatrisen bör övervägas noggrant. / Plastics and composites have been a growing industry for decades, and the always growing worldand new technologies demand even greater amounts of polymeric composites for a variety ofapplications. Nowadays the negative environmental aspects of polymer production and plastic waste are known, but despite that crude oil is still the primary material for most polymers. Finding biobased materials with sufficient properties to replace the fully synthetic ones is crucial in sustainable development. This master’s thesis studies both glass fiber and microcrystalline cellulose reinforcedbio-oil based polyamide, how they could be compatibilized, the mechanical properties and applicability for additive manufacturing. Compatibilization is an important aspect when two compounds are mixed to make a composite. A proper compatibilizer will enhance the interfacial adhesion between the reinforcement and matrix, thus increasing the mechanical properties of the material. The glass fiber/polyamide11 composite was compatibilized with vinyltrimethoxysilane, and the microcrystalline cellulose/polyamide11 composite was compatibilized with 4,4'-diphenylmethane diisocyanate. Both composites were analyzed to obtain information about thermal, mechanical, and rheological properties. The surface and fracture morphology are examined, as well.The results indicate that reinforcing resulted to enhanced mechanical properties, even though the desired compatibilization was not acquired in the experiment. The most encouraging result was that the bio-based cellulose reinforcement enhanced mechanical properties, by visual examination thefully bio-based polymeric composite was found to be more ductile than the glass fiber reinforcedone. For future prospect, there are few issues to be addressed and overcome for these materials to bemade suitable for additive manufacturing. The key is finding a compatibilizer that can withstand high processing temperatures repeatedly. Maintaining uniform properties requires proper dispersion of reinforcement, which is achieved by optimizing the manufacturing method. In addition, cellulose is prone to thermal degradation, so the processing temperatures for both reinforcement and matrix should be considered carefully. / Muovit ja komposiitit ovat jo vuosikymmenien ajan ollut kasvava teollisuuden ala, ja alatikehittyvä maailma sekä uudenlainen teknologia vaatii entistä enemmän polymeerikomposiittejaerilaisiin käyttökohteisiin. Nykyään polymeerituotannon ja käytöstä poistuvien muovituotteidennegatiivisista ympäristövaikutuksista ollaan tietoisia. Tästä huolimatta raakaöljy on pääraaka-ainepolymeerien valmistuksessa. Ympäristövaikutusten minimoimiseksi olisi tärkeää löytääbiopohjaisia materiaaleja, jotka ominaisuuksiensa puolesta ovat riittäviä korvaamaan täysinsynteettisiä materiaaleja. Tässä työssä on tutkittu sekä lasikuidulla että mikrokiteisellä selluloosallavahvistetun bioöljypohjaisen polyamidin kompatibilisointia ja mekaanisia ominaisuuksia, sekäkyseisten komposiittien soveltuvuutta materiaalia lisääviin valmistusmenetelmiin.Kompatibilisaatio on tärkeää, kun yhdistetään kaksi eri komponenttia yhdeksikomposiittimateriaaliksi. Sen tarkoituksena on vahvistaa molekyylien rajapinnan adheesiotalujitteen ja sidemassan välillä, jolloin materiaalin mekaaniset ominaisuudet paranevat. Lasikuidullalujitettujen polyamidikomposiittien kompatibilisointiin käytettiin vinyylitrimetoksisilaanilla jamikrokiteisellä selluloosalla lujitettu polyamidikomposiitti kompatibilisoitiin 4,4'-difenyylimetaanidi-isosyanaatilla. Molempien komposiittien termiset, mekaaniset ja reologiset ominaisuudetarvioitiin. Lisäksi tutkittiin pinnan ja murtumakohdan morfologiaa.Tulokset osoittavat, että polymeerin lujittaminen parantaa mekaanisia ominaisuuksia, vaikkatavoiteltua kompatibilisaatioita materiaalien välillä ei tapahtunutkaan. Työn lupaavin tulos olibiopohjaisen mikrokiteisen selluloosan tuoma parannus materiaalin kestävyysominaisuuksille.Etenkin silmämääräisesti tarkastellessa täysin biopohjainen polymeerikomposiitti oli taipuisampaakuin lasikuidulla lujitettu komposiitti.Muutamaan asiaan tulee kiinnittää erityisesti huomiota, jos tämänkaltaisia materiaaleja halutaankäyttää materiaalia lisäävissä menetelmissä. Tärkeintä on löytää kompatibilisoija, joka kestääkorkeita lämpötiloja toistuvasti. Lujitteen tasainen dispersio on tärkeää, jotta saadaan aikaantasaista laatua ja ominaisuudet ovat samanlaiset koko materiaalissa. Tämä saavutetaanvalmistusmenetelmän optimoinnilla. Lisäksi tulee ottaa huomioon selluloosan taipumus termiseenhajoamiseen, jolloin sekä lujitteen että sidemassan prosessointilämpötilat tulisi ollasamansuuruiset.

Microarray technology provides powerful tools in the field of biomedicalresearch because it can measure molecular interactions in a highly parallelfashion. It has uses in protein, DNA or cell research, in both discovery anddiagnostic applications. Microfluidics, on the other hand, provides thenecessary tools to rapidly transport and mix small volumes of sample to amicro-sensor area. Bridging these two technologies has the potential todevelop a miniaturized, automated and ease-of-use toolbox for biologicalanalysis. However, the integration of microfluidics with microarrays is notstraightforward, as if a robust and leak-tight seal between the microarray andthe microfluidic channels. Current sealing methods are either impractical,such as mechanical clamping, or not compatible with proteins, such as heat orplasma bonding or gluing. Moreover the former methods create a permanentseal that, once applied prevents the microfluidic structure to be removed later.This work focuses on developing a microfluidic add-ons ("Biosticker") that canbe robustly sealed with protein microarrays with maintained biologicalactivity, but at the same time easily removed to allow for multiple stickersapplied in a sequence or scanning of the microarray in a standard reader. Thefeatures of the novel Biostickers are made possible by the use ofOff-stoichiometry thiol-ene-epoxy (OSTEmer) polymers. In this thesis, wedesign and fabricate Biostickers for rapid integration with pre-spottedmicroarrays and experimentally verify how these micropatterned Biostickerscan be used to significantly facilitate multiplexed assays, by avoiding the useof beads. / Microarray-tekniken är ett kraftfullt verktyg inom biomedicinsk forskningeftersom den kan mäta miljontals molekylära interaktioner parallellt. Den haranvändningsområden i protein-, DNA- eller cellforskning, både i forskningoch diagnostik. Mikrofluidik, å andra sidan, ger de nödvändiga verktygen föratt snabbt transportera och blanda små provvolymer till en sensoryta. Genomatt kombinera dessa två teknologier finns potential att utveckla enminiatyriserad, automatiserad och lättanvänd verktygslåda för biologiskanalys. Emellertid är integrationen av mikrofluidik med mikroarrayer inteenkel, då ytorna är känsliga, kanalerna mycket små men tätningen måste varaperfekt. De vanligast förekommande förseglingsmetoder är antingenopraktiska, som mekaniskt tryck eller så är de inte kompatibla med proteiner,som t.ex. värme- eller plasmabondning. Dessutom syftar de flestaförseglingsmetoder mot att skapa en permanent försegling som vidanvändning förhindrar mikrofluidikstrukturer från att tas bort i ett senareskede, tex. vid avläsning i en skanner. Detta arbete fokuserar på att utvecklamikrostrukturerade plastartiklar ("Biosticker") innehållande kanaler ochkaviteter. Dessa Biosticker kan på ett robust och läckfritt sätt kansammanfogas med proteinmikroarrayer utan att påverka den biologiskaaktivitetet men samtidigt kunna avlägsnas för att tillåta flera Biostickersapplicerade i en sekvens eller scanning i en mikroarrayläsare. Dessafunktioner möjliggörs genom av så kallade icke-stökiometrska-tiol-ene-epoxipolymerer (OSTEmer) används som material. I den här avhandlingenutvecklas och tillverkas Biostickers för snabb integrering medproteinmikroarrayer. Det verifieras även experimentellt hur dessa Biostickerskan användas för att underlätta genomförandet av sk. multiplexadeprotinanalyser.

Genom ringöppningssampolymerisation av utvalda epoxider och anhydrider möjliggjordes en enkel strategi för att syntetisera funktionella sampolymerer. Sampolymererna hade förmågan att bilda tvärbundna material, och var dessutom benägna för både hydrolytisk och enzymatisk nedbrytning. Användning av organokatalysatorn PPNCl gjorde det möjligt att bilda sampolymerer genom alternerande ringöppning av epoxider och anhydrider. Utbytet var högt, och polymererna nådde molekylvikter i intervallet 0,7–7,6 kg mol-1. De omättade bindningarna i sampolymerernas sidokedjor gav dem förmågan att bilda tvärbundna nätverk. Graden av tvärbindning dikterades av sampolymerernas molekylära struktur och molekylvikt. De termiska egenskaperna hos sampolymererna reglerades genom att variera anhydriden, där strukturella skillnader mellan de valda anhydriderna hade en inverkan Tg och T5%. Tvärbindningsreaktionen resulterade i en ökning av både Tg och T5% i förhållande till de ursprungliga linjära sampolymererna. De klyvbara estergrupperna i sampolymerkedjorna gjorde det möjligt för sampolymererna att genomgå både hydrolytisk och enzymatisk nedbrytning. De nedbrutna sampolymererna påvisade en förändring i molekylvikt och dispersitet, samt en ökad viktminskning. De nedbrutna tvärbundna materialen visade på större svällning och lägre gelinnehåll än de initiala värdena före nedbrytning. Dessa resultat ger en ökad förståelse kring hur strukturen hos epoxid/anhydrid-baserade sampolyestrar påverkar deras egenskaper, så som förmågan att bilda tvärbundna material samt deras nedbrytbarhet. Förhoppningen är att denna studie ska gynna utvecklingen av nya material inom denna klass av polyestrar, och vara till hjälp för att förutse deras potentiella tillämpningar. / The ring-opening copolymerization of selected epoxides and anhydrides enabled a simple strategy to synthesize functional copolymers with the ability to form crosslinked materials and prone to hydrolytic and enzymatic degradation pathways. The synthesis utilized PPNCl as an organocatalyst and allowed the formation of copolymer chains by alternating ring-opening of epoxides and anhydrides in high yield and molar mass in the range of 0.7-7.6 kg mol-1. The pendant unsaturated bonds in the copolymer chains endowed the copolymers with the ability to form crosslinking networks. The degree of crosslinking was dictated by the molecular structure and molar mass of the copolymers. The thermal properties of the copolymers were regulated by varying the anhydrides, the difference in the structure of each anhydride influence the Tg and T5%. Crosslinking reaction indeed increased the Tg and T5% from the native copolymers. The presence of ester as cleavable groups in the copolymer chains allowed the copolymers to undergo hydrolytic and enzymatic degradation. The degraded copolymers showed a change in molar mass and dispersity and increased mass loss. The degraded crosslinked materials showed higher swelling ratio and lower gel content than the initial values before degradation. These results deliver a better understanding of the structure-property relationships, the ability to form crosslinked materials, and the degradation behavior of epoxides/anhydrides-based copolyesters. They should favor the design of new materials belonging to this class of polyesters and to envisage their potential applications.

Thermosets are appropriate materials for various applications due to benefits such as heat resistance and good mechanical properties. The disadvantages of traditional thermosets from a sustainable manufacturing perspective are that they are usually derived from fossil resources, and also have permanent cross-linked networks that are difficult to break, making them non-recyclable. It is therefore of great interest to find bio-based alternatives, especially ones that can be recycled or bio-degraded. In this project four bio-based photocurable resins, meant for 3D printing thermosets, were characterized by their mechanical properties and chemical degradation. They were designed with esters and imine groups in order to use dynamic, reversible bonds to attempt mechanical recycling and chemical degradation. The resins were composed of methacrylated eugenol, methacrylated PHB-diol and Schiff base methacrylated extended vanillin. The latter provided good thermal stability, solvent resistance and mechanical properties to the thermosets. The mechanical recycling was able to produce cohesive thermoset films, successfully reforming broken bonds, but the mechanical properties decreased substantially from the process. Chemical degradation of the thermosets could be performed, but further use of the degraded material was not examined. / Härdplaster är lämpliga material för olika applikationer på grund av sina fördelaktiga egenskaper, som värmebeständighet och goda mekaniska egenskaper. Nackdelarna med traditionella härdplaster ur ett hållbarhetsperspektiv är att de vanligtvis härrör från fossila resurser. De har även permanent tvärbundna nätverk som är svåra att bryta, vilket gör dem icke-återvinningsbara. Det är därför av stort intresse att hitta biobaserade alternativ, särskilt sådana som kan återvinnas eller biologiskt nedbrytas. I detta projekt karaktäriserades fyra biobaserade foto-polymeriserbara hartser, avsedda för 3D-tillverkning av härdplaster, genom sina mekaniska egenskaper och kemiska nedbrytbarhet. De designades med ester- och imingrupper för att kunna använda dynamiska, reversibla bindningar i ett försök att mekaniskt återvinna och kemiskt bryta ned härdplasterna. Hartserna var sammansatta av metakrylerad eugenol, metakrylerad PHB-diol och Schiff-bas metakrylerad förlängd vanillin. Den senare tillförde bra termisk stabilitet, motstånd mot lösningsmedel och mekaniska egenskaper åt härdplasterna. Den mekaniska återvinningen kunde producera sammanhängande plastfilmer genom återskapade bindningar, men de mekaniska egenskaperna försämrades avsevärt från processen. Kemisk nedbrytning av härdplasterna kunde utföras, men ytterligare användning av det nedbrutna materialet undersöktes inte.

Fibers are interesting materials alternative to replace conventional fossil-based plastics, as they are bio-based and do not lead to CO2 emissions. Due to their limited ductility, it is difficult to use them to make complex three-dimensional shapes. This problem has already been addressed in previous research studies but the processing conditions used here were never tried before. In this thesis, the incorporation of low molecular plasticizers onto the fibers is investigated to obtain a more ductile fiber-based material. More precisely, Paper and Fiber Research Institute (PFI) refining is used to mechanically treat the fibers and help the sorption of glycerol, urea, polyethyleneglycol (PEG), or polyvinylalcohol (PVA), followed by the formation of sheets from the modified pulp. However, it has been found that only small amounts of plasticizers were retained by this process. The refining itself on the fibers without additives enhanced fibrillation and developed mechanical bonding between the fibers, which resulted in increased strength and ductility. Also, the hot pressed (HP) drying technique was found to yield denser and stronger papers, compared to the non-pressed (HP) drying technique. As a comparison, the incorporation of plasticizers through ultrasonication and its effect on the paper properties were also considered from a previous study within the same research group. It has been found that this mechanical treatment retains more plasticizers than refining but yields different paper properties (especially an increased ductility). All these results suggest that PFI refining should be studied more in-depth by performing at least one process optimization cycle where less dilution takes place. / Fibrer är ett intressant, alternativt material att ersätta konventionella, fossila plaster. Men deras begränsade plasticitet gör det svårt att forma mer avancerade tredimensionella former. Detta problem har man adresserat i tidigare forskning, men bearbetningsförhållandena utvärderade i denna studie har inte testats tidigare. I denna uppsats studeras integrering av små molekylära mjukgörare in i fibrer för att framställa ett mer plastiskt, fiber-baserat material. Mer precist, Papirforskninginstituts (PFI) bearbetning används för att mekaniskt bearbeta fibrerna och underlätta sorption av glycerol, urea, Polyethylenglykol (PEG) och Polyvinylalkohol (PVA) följt av arkning av den bearbeta pappersmassan. Det har visats att i denna process bibehålls endast små mängder av mjukgörare på fibrerna. Dock har den mekaniska bearbetning i säg effekt på fibrerna, då den leder till defibrillering, och förstärker interaktionerna mellan fibrerna vilket leder till ett starkare och segare material. Utöver det, visar studien att värmepressningen (HP) som torktekning ger ett mer homogent resultat gällande arkens kvalitet. Som jämförelse användes en tidigare studie av samma forskargrupp som använt ultraljudsbehandling som medel att inkorporera mjukgörare och hur den behandlingen påverkade arken. Den behandlingen leder till högre retention av mjukgörare vilket leder till andra pappersegenskaper, speciellt högre duktilitet. Dessa studier visar att PFI bearbetningen behöver studeras i mer detalj för att se om det är en lämplig bearbetningsmetod och därför bör minst en till cykel med optimeringar göras för att se om högre halt mjukgörare kan bibehållas.

Sammanfattning på svenska: Målet med projektet var att utveckla ett system av disperserade bindemedel för non-wovenindustrin som inte förutsätter omfattande förändringar i befintliga processer. Bindemedlet ska vara biobaserat, bionedbrytbart och endast bestå av byggstenar som är matkontaktsgodkända av FDA och BFR. Ett disperserat system möjliggör en hög torrhalt tillsammans med en låg viskositet som i kombination med stor anpassningsbarhet kan konkurrera med fossila bindemedel på marknaden. Denna studie behandlar användande och modifiering av vattenlösliga biopolymerer för utveckling av ett disperserat system med förmågan att binda samman fibrer i ett non-wovenmaterial. Flertal analytiska metoder och observationer används, som Fourier transform infraröd spektroskopi (FTIR), laddningsdensitet, viskositet och optisk mikroskopi, för att mäta framgången av konceptet. Olika modifieringar och ympningsstrategier användes under projektet och deras inverkan på biopolymerer diskuteras. / The aim of the project was to develop a dispersed binder as a drop-in solution for non-woven industry. The binder should be bio-based, biodegradable and consist only of FDA and BFR food contact approved components. A dispersed system enables the binder to have a high solid content while having a low viscosity. This feature, in combination with a binder with tunable properties, can be a competitive alternative for the fossil-based binders in the market.  This study focuses on the use and modification of biopolymers with binding capacity to form a dispersed system from water-soluble biopolymers. The success of the reaction was evaluated by using a multitude of analytical methods and observation, such as Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), charge distribution and viscosity measurements. Several modification strategies and grafting agents were used and their impact on the biopolymer is discussed.

Användningen av pappersförpackningar ökar drastiskt världen över, vilket gör förmågan att återvinna dessa material mycket viktig. I detta examensarbete testades återvinningen av en ny biobaserad förpackningslösning, där papper är en del av barriären och barriärerna appliceras på utsidan av förpackningen. För att bedöma återvinningsbarheten testades materialen med olika barriärer: baspapper 1, baspapper 1 med vattenbarriär, baspapper 1 med syrebarriär, baspapper 1 med både vatten- och syrebarriärer samt ett tätskikt, samt baspapper 2 med samma barriärer, men inklusive ett extra material bestående av baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer utan förseglings skikt. Alla material slogs upp enligt första steget i CEPI-metoden d.v.s. med 30 000 varv (NoR) och 40 °C, justeringar av dessa parametrar gjordes vid den utökade studien. Efter uppslagning silades materialen och utbytet beräknades. Det observerades att baspapper 1 med eller utan barriärer inte uppnådde det 80% utbyte som krävs enligt CEPI -metoden. Trots justeringar av parametrarna nådde utbytet aldrig 80%, så fokus skiftade till prov med baspapper 2, vilka konsekvent gav ett utbyte över 80%. Baspapper 2 ensam uppnådde ett utbyte på 85%, medan baspapper 2 med barriärer nådde cirka 100%.  Den kompletta CEPI-metoden, med alla dess komponenter, dvs även vidhäftningstest och test för visuella orenheter tillämpades på två material: baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer, samt baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer och försegligsskikt. Vidhäftningstestet och bedömningen av visuella föroreningar var godkänt för båda materialen d.v.s. ingen betydande vidhäftning eller visuella föroreningar i form av polymer- eller fiberklumpar noterades.  Fibertester visade skillnader mellan baspapper 2 ensam och baspapper 2 med barriärer. Fibrerna i baspapper 2 var längre, bredare och rakare än i materialen med barriär.  Den kompletta CEPI-metoden, med alla dess komponenter, tillämpades på två material: baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer, samt baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer och tätskikt. Vid häftningstester och bedömningar av visuella föroreningar visade godkänd vidhäftning för båda materialen och inga betydande visuella föroreningar i form av polymer- eller fiberklumpar. Dragtester genomfördes på baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer, både före och efter uppslagning, och jämförde färdiga ark och labb-tillverkade ark. Resultaten jämfördes för tre färdiga ark: baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer, baspapper 2 ensam och baspapper 2 med syrebarriären. Färdiga ark av baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer jämfördes också med labb-tillverkade ark av samma material. Resultaten visade att när det gäller dragstyrka och styvhet hade baspapper 2 med syrebarriären högst värde, baspapper 2 utan barriär hade högst brottöjningsvärde och baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer hade högst TEA. När färdiga ark jämfördes med labb-tillverkade ark hade de färdiga arken högre värden för dragstyrka och styvhet, medan de labb-tillverkade arken hade högre brottöjningsvärde och TEA. Detta visar som förväntat att tillverkningsprocessen har stor betydelse för de mekaniska egenskaperna hos ett pappersark. Att fibrerna i det ena fallet även är återvunna spelar också in. I detta test var det inte möjligt att separera effekten från de två bidragande faktorerna.  Luftpermeabilitetstester genomfördes också på de färdiga och labb-tillverkade arken av baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer för att mäta porositeten hos materialen. De färdiga arken var så täta att de låg utanför instrumentets mätningsområde, vilket indikerade att de var mer ogenomträngliga än de labb-tillverkade arken. / recycle these materials crucial. In this thesis, the recyclability of a new bio-based packaging solution is tested, where paper is part of the barrier, and the barriers are applied on the outside of the packaging. To assess recyclability, two different base papers in combination with oxygen and/or water barriers were tested: base paper 1, base paper 1 with a water barrier, base paper 1 with an oxygen barrier, base paper 1 with both water and oxygen barriers plus a sealing layer, and base paper 2 with the same combinations as base paper 1, but also with water and oxygen barriers without a sealing layer. All materials were subjected to the first step in the CEPI-method i.e. pulped using 30,000 revolutions (NoR) at 40 °C, with adjustments to these parameters in some extended studies. After pulping, the materials were screened, and the yield was calculated. It was observed that base paper 1 with or without the barriers did not achieve the 80% yield required for acceptable recyclability. Despite adjusting the NoR and/or temperature, the yield never reached 80%, so the focus shifted to base paper 2, which consistently yielded above 80%. Base paper 2 alone achieved an 85% yield, while base paper 2 with other barriers reached approximately 100%. The complete CEPI method, with all its components, sheet forming, adhesion test and visual impurity assessments, was applied to two materials: base paper 2 with water and oxygen barriers, and base paper 2 with water and oxygen barriers plus a sealing layer. Adhesion tests and visual impurity assessments showed low to no adhesion for both materials and no significant visual impurities in the form of polymer or fiber clumps.  Fiber tests revealed differences between base paper 2 alone and base paper 2 with barrier coating. The fibers from base paper 2 alone were longer, wider, and straighter than those from the coated paper.  Tensile tests were conducted on base paper 2 with water and oxygen barriers, both before and after pulping, comparing finished sheets and lab-manufactured sheets. The results were compared for three finished sheets: base paper 2 with water and oxygen barriers, base paper 2 alone, and base paper 2 with the oxygen barrier. Finished sheets of base paper 2 with water and oxygen barriers were also compared to lab-manufactured sheets of the same material. Results showed that base paper 2 with the oxygen barrier had the highest tensile strength and stiffness, base paper 2 alone had the highest breaking elongation, and base paper 2 with water and oxygen barriers had the highest TEA. When comparing finished sheets to lab-manufactured sheets, the finished sheets had higher tensile strength and stiffness, while the lab-manufactured sheets had higher breaking elongation and TEA. This shows, as expected, that the manufacturing process together with the use of virgin or recycled fibers has a great effect on the mechanical properties of a paper sheet. From the presented data it was not possible to separate the impact from those two different factors.  Air permeability tests were also conducted on the finished and lab-manufactured sheets of base paper 2 with water and oxygen barriers to measure the porosity of the different samples. The finished sheets were so dense that they were beyond the instrument's measurement range, indicating that they were more impermeable than the lab-manufactured sheets.

Biobaserade polymerer är en av möjligheterna för att uppnå mer hållbara plaster och produkter. Polyamider (PA) har mångsidiga tillämpningar alltifrån fibrer i kläder till tillämpningar som bildelar. De mest producerade polyamiderna (PA6 och PA66) står för en årlig fossilbränsleförbrukning på nästan 10 miljoner ton. Skadliga effekter berör inte bara produktionsfasen utan även konsumtionsfasen samt hanteringen av uttjänta produkter. Därför är det ett stort behov av att utveckla biobaserade polyamider som är kemiskt återvinningsbara, för att minska miljöpåverkan från dessa material. I detta arbete syntetiserades furanbaserade polyamider (FPA) genom en polykondensationsreaktion mellan hexametylendiamin (HMDA) och en biobaserad disyra, 2,5-furandikarboxylsyra (FDCA). Dessutom framställdes sampolymerer genom att använda olika förhållanden av C6- och C10-diaminer (HMDA och 1,10-dekandiamin). Strukturen och den kemiska sammansättningen av de syntetiserade polymererna och sampolymererna bekräftades med hjälp av Fourier-transform infraröd spektroskopi och kärnresonansspektroskopi. Den högsta molekylvikten som uppnåddes var 9900 g/mol, främst på grund av begränsningar i reaktoruppställningen (avsaknad av ett vakuumsystem och avsaknad av adekvat blandning). Utöver detta identifierades nedbrytningen av FDCA och förångningen av HMDA som potentiella faktorer som hämmade för högre molekylvikt. Baserat på de termiska analyserna visade sig FPA:erna vara amorfa, med en genomsnittlig glastemperatur på 102°C. Vidare visade de syntetiserade polyamiderna hög termisk stabilitet, med en initial nedbrytningstemperatur (motsvarande 5 % viktförlust) på 340°C. / Biobased polymers is one of the pathways to achieve more sustainable plastics and products. Polyamides (PA) are commodity polymers, having versatile applications from fibers in clothes to car parts. The most produced polyamides (PA6 and PA66) account for yearly fossil-fuel consumption of almost 10 million tonnes. The detrimental effects do not only concern the production phase, but also the consumption and end-of-life aspects. Hence, there is a crucial need to develop bio-based polyamides that are chemically recyclable to reduce the environmental impact of these materials.  In this work, furan-based polyamides (FPAs) were synthesized through a polycondensation reaction between hexamethylenediamine (HMDA) and a biobased diacid, 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA). In addition, copolymers were made by using different ratios of C6 and C10 diamines (HMDA and 1,10-decanediamine). The structure and chemical composition of the synthesized polymers and copolymers were confirmed using Fourier-transform infrared spectroscopy, and proton nuclear magnetic resonance. The highest molecular weight attained was 9900 g/mol, mainly due to limitations from the reactor setup (absence of a vacuum system and lack of adequate mixing). Adding to this, the degradation of FDCA and the evaporation of HMDA were identified as potential factors inhibiting the increase in molecular weight. Based on the thermal analyses, the FPAs were found to be amorphous, with an average glass transition temperature of 102°C. Further, the synthesized polyamides showed high thermal stability, having an initial degradation temperature (corresponding to 5% weight loss) of 340°C.