The blending of lignin as a component in a thermoplastic blend poses a challenge in the form of dispersion and compatibility. Polyesters such as poly(lactic acid) and poly(butylene adipate-co-terephthalate) offer the best opportunity of compatibility in melt blending with lignin due to their ability to form hydrogen bonds. The fractionation of lignin into more homogeneous fractions offers better dispersion and more consistent properties, retaining the toughness of the original polymer in addition to bridging stress transfer between PLA and PBAT. Functionalization of lignin was done by lactic acid grafting. The resulting blend of PLA/PBAT/modified fractionated lignin showed improved interaction between lignin and PLA, but reduced compatibility between lignin and PBAT. This thesis provides a deeper understanding on the effect of lignin heterogeneity, its fractions, and the functionalization of lignin on lignin and bioplastic blends to further the use of a largely produced industrial by-product in high value applications. / Natural Sciences and Engineering Research Council (NSERC) – Lignoworks Biomaterials and Chemicals Strategic Research Network, Canadian Foundation for Innovation (CFI), Ontario Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs (OMAFRA)

Different factors such as growing environmental awareness due to the increasing negative impact of persistent plastic wastes, the uncontrollable price variations of the raw material and the rapid depletion of  reserves have increased the interest in research regarding polymers derived from renewable sources to replace petroleum-based materials. One of the earth’s most abundant macromolecules is cellulose. The production of cellulose from another resource replaces and reduces the demand from plants, the other resource being cellulose from a bacterial system. Bcaterial cellulose film were produced by fermenting apple waste (apple pomace) from cider production donated by Herrljunga Cider in Herrljunga, Sweden and expired fruit juice, produced by LoveJuice Indonesia, containing a mixture of fruits, mainly apple. As inoculum for the fermentations two different Kombucha cultures were used. To optimize the fermentation conditions, factors such as nitrogen source, sugar content, temperature, pH, surface area, sterilization of the substrate, culture condition and fermentation time was varied to obtain the desired result. The bacterial cellulose films were dried at 50-70 °C in an oven, air-dried or freeze-dried to evaluate the impact of drying technique on the final material. The behavior of the microorganism during fermentation was monitored by sampling and observation. The consumption rate of carbohydrates was analyzed using high performance liquid chromatography (HPLC). The properties of the obtained biofilms were analyzed using thermogravimetric analysis (TGA), tensile testing and determination of cellulose content in the obtained biofilms. Two different sugar concentrations (35 g/l and 70 g/l) and three different caffeine concentrations (0 g/l, 150 g/l and 225 g/l) as nitrogen source were investigated to determine the best condition. A control batch of conventional (black tea and 70 g/l table sugar) Kombucha was used as reference. The highest tensile strength (50 MPa) and thermal stability was observed in the biofilms with the highest yield that had been dried in oven. The biofilms obtained by fermenting apple pomace from the cider industry showed the highest tensile strength and highest thermal stability in comparison to fermenting expired fruit juice. The biofilm obtained by fermenting apple waste(sugar concentration 70 g/l) in combination with sterilizing the substrate without adding any nitrogen source, dried in an oven and purified using 0,1 M NaOH resulted in the highest tensile strength, highest thermal stability and the purest biofilm from a visual aspect. The highest yield was observed in the fermentation of apple pomace (sugar concentration 70 g/l) from the cider industry without sterilization of the initial media with an addition of nitrogen of approximately 450 mg/l). The optimal fermentation period was observed to be 14-15 days, at 25-28 °C under static conditions using a glass vessel with a diameter of 20 cm and an initial pH of 5,5.

Sustainability and eco-innovation trends in business are increasingly diffused globally. The quest for sustainable materials to overcome the alarming global tendency of plastic ubiquity is one of the main reasons for such trends. It draws the attention of international actors in the business ranging from a big incumbent multinational company to a small but international firm. The phenomenon of a small firm that quickly becomes global is pervasive and contributes crucially to the global economy. Due to the born global (BG) novelty, internationalization in BG firms has been elaborated primarily in a general context, excluding the firms and industry-particular characteristics. The study aims to understand the internationalization process of a BG firm equipped with an eco-innovation context at the early stage in the biocomposite industry, using an effectual approach as conceptual lenses. The conceptual lens creates interplay among the combined international business area,  international entrepreneurship, and emerging eco-innovation field through the embedded effectuation principles. The study embraces an inductive case study approach which involves 12 participants from international actors and members of BG firms in semi-structured interviews. Furthermore, the industrial context of the study revolves around the biocomposite industry and its network to view eco-innovation nuance. The research found that Eco-innovation technology competence becomes the available means to internationalize for BG firm. Moreover, it is concluded that the effectuation theory is reliable both to be used by researchers in analyzing the phenomenon and dominantly used by the entrepreneur in internationalizing their business in uncertain time such as the early stage of internationalization. BG firm utilizes the contingencies through a learning process iteratively but at a quick pace due to their alliance with the network, but the business form is more effectually transformed instead of incrementally changing and well-planned.  The use of a formal causation approach was present yet limited during the process. The findings of this study add to the existing literature of internationalization by incorporating eco-innovation, as well as bridging the gap between eco-innovation, international business, and entrepreneurship literature.

The theoretical part of the diploma thesis is focused on the funcionalization of polyolefins in order to accelerate their degradation and to increase their carbon content from renewable resources with focus on hydroxyacids. The experimental part is focused on preparing samples and studying the properties of the polypropylene and polyethylene blends with the polylactide with different contents of the initiator and the maleic anhydride. Samples were evaluated by determining the degree of conversion maleic anhydride, differential scanning calorimetry, infrared spectroscopy, melt flow index and mechanical properties.

I den här studien har en beräkningsmodell byggts för hur PHA skulle kunna produceras av substrat i avloppsvatten från Gruvöns bruk. Därefter har en jämförande livscykelanalys utförts där PP-sugrör inom Europa ersätts med PHA-sugrör från bruket. Målet med studien är att utvärdera och jämföra miljöpåverkan för en engångsprodukt av PHA med en engångsprodukt av PP. Syftet är att undersöka ett alternativt material till PP på grund av att fossila resurser är ändliga samt att alternativa material kommer krävas i och med europeiska kommissionens förbud mot engångsplast som träder i kraft 2022. Arbetet utförs också för att bidra med mer forskningsunderlag gällande PHA från restströmmar. Livscykelanalysen utfördes med ISO-standard: 14040 och 14044 som riktlinje för utförande. 1 ton sugrör valdes som funktionell enhet och hela produktens livscykel undersöktes med undantag för användningsfasen. PHA-produktion på bruket beräknades teoretiskt där mass- och energiflöden från modellen sedan användes för miljöbedömning. SimaPro valdes som programvara för LCA-beräkning, miljödata hämtades från databasen Ecoinvent 3 och ELCD där 10 av 18 miljöfaktorer inom metoden ReCiPe midpoint (h) undersöktes kompletterat med kumulativt energibehov (CED).   Resultaten i studien visar en minskning av miljöpåverkan med 99 % om sugrör av PP skulle ersättas med sugrör av PHA från Gruvöns bruk. Samtidigt beräknades CED öka med cirka 50 %. Analyser av resultatet visar att giftighet för ekosystem i sjöar och hav vid materialframställning för PP är de största faktorerna för PP-sugrörets påverkan, motsvarande cirka 85 % av den totala miljöpåverkan. Inkludering av fler produktionsvariationer indikerar också att det finns potential att ytterligare sänka miljöpåverkan från PHA-sugrör samt att få en lägre energianvändning än för PP-sugrör genom att ändra metod för extraktion samt temperatur i fermenteringsprocessen. Resultaten är osäkra på grund av LCA-verktygets osäkerheter, brist på miljödata samt brist på studier. Resultaten kan dock användas för att se trender och potential. Ett exempel är att ingen större skillnad ses mellan engångsprodukter av PP och PHA när enbart klimatpåverkan och energi för produktion undersöks men när hela livscykeln undersöks med fler miljöfaktorer så verkar PP ha klart högre miljöpåverkan än PHA. Slutsatsen som dras är att engångsprodukter av PHA från varma restströmmar har potential att ersätta engångsprodukter av PP på ett för miljön hållbart sätt. Det kan vara en möjlig lösning till att fortsätta producera engångsprodukter som berörs av plastförbudet samt att lätta på en del av problematiken kring utarmning av fossila resurser. Mer studier gällande möjliga användningsområden samt en småskalig pilotanläggning på Gruvöns bruk rekommenderas som vidare steg för att utforska potentialen av PHA från restströmmar. / In this study, a calculation model has been built on how PHA could be produced from forest industrial wastewater at Gruvöns pulp- and paper mill. Subsequently, a comparative life-cycle analysis has been carried out where production of PP-drinking straws in Europe is replaced with PHA-straws from the mill. The objective of the study is to assess and compare the environmental impact of a disposable PHA product with a disposable PP product. The purpose of the study is to examine an alternative material for PP due to the finite nature of fossil resources and the fact that alternative materials will be required when the plastic ban from the European Commission on disposable products comes into force 2022. An additional purpose is to provide more research data on PHA from residual streams. The lifecycle analysis was performed with ISO standard: 14040 and 14044 as a guideline and 1 ton of straw was selected as the functional unit. The entire life cycle was examined with an exception of the usage phase. PHA production at the mill was theoretically calculated and mass and energy flows from the model was then used in the environmental assessment. SimaPro was selected as the software for LCA calculation, environmental data was retrieved from the Ecoinvent 3 database and ELCD database. 10 out of 18 environmental factors within the ReCiPe midpoint (h) method were investigated complemented with cumulative energy demand (CED). The results of the study show a 99 % reduction in environmental impact if drinking straws of PP would be replaced with straws from PHA from Gruvön's mill. At the same time, CED was estimated to increase by about 50 %. Analyses of the results show that the toxicity of material production to marine and freshwater ecosystems is the most influential factor in the impact of PP straws, representing around 85 % of the total environmental impact. Expansion of the calculation model showed that there is potential to further reduce the environmental impact of PHA straws as well as the energy requirements to a level that is lower than that of PP straws by changing method of extraction and fermentation. The results are uncertain due to the uncertainties of the LCA tool, lack of environmental data and lack of studies. However, the results can be used to see trends and potential. One example is that no major difference is seen between disposable PP and PHA products when only climate impact and energy for production are examined, but when the entire life cycle is examined with more environmental factors, PP appears to have a significantly higher environmental impact than PHA. The conclusion drawn in the study is that disposable PHA products from hot residual streams have potential to replace disposable PP products in an environmentally sustainable manner. This may be a possible solution to continue producing disposable products that are affected by the plastic ban and to alleviate some of the problems surrounding depletion of fossil resources. Further studies on possible uses and a small-scale pilot plant at Gruvön's mill are recommended as further steps to explore the potential of PHA from residual streams.

Microalgae used in sewers to capture CO2 eventually turns into waste material. Through the use oftheir biomass, the waste algae can be given a new purpose. In this study attempts to extract starch or PHA from three different algae; Calothrix Scytonemicola, Scenedesmus Almeriensis and Neochloris Oleoabundans, were made. We also attempted to create a bio-based plastic material. Both Scenedesmus Almeriensis and Neochloris Oleoabundans are starch rich microalga. By washing with acetone, cryo grinding, use of ultrasonic homogenizer and dialysis, starch was likely extracted successfully. The extracted material and the plasticiser Carboxymethyl Cellulose (CMC) was used to cast plastic film. The cast film was very thin and brittle; perhaps by using different plasticisers or additives a more usable bio-based plastic material can be created. The PHA rich algae Calothrix Scytonemicola was used to extract PHA. The algae was washed with acetone, cryo grinded and then mixed with Sodium Hypochlorite(aq) and deionised water to extract the desired PHA. Due to a shortage of algae very small amounts of material could be extracted. Therefore, the casting of a plastic film was performed with commercial PH3B, which is a type of PHA. Three attempts were conducted. The first one with only chloroform, the second one with CMC and chloroform and the last one with Sucrose Octaacetate and chloroform. The film with Sucrose Octaacetate gave the best plastic material in regards to mechanical properties. / Mikroalger som används i kloaker för att binda CO2 blir till slut restavfall. Genom att använda dess biomassa kan restalgerna få ett nytt syfte. I denna studie utfördes extraktionsförsök av stärkelse samt PHA från tre olika alger, Calothrix Scytonemicola, Scenedesmus Almeriensis och Neochloris Oleoabundans. Ytterligare försök genomfördes för att försöka framställa ett biobaserat plastmaterial. Både Scenedesmus Almeriensis och Neochloris Oleoabundans är stärkelserika mikroalger. Genom att tvätta dem med aceton, kryomalning, användning av en ultrasonic homogenizer och dialys kunde stärkelse troligtvis extraheras. Det extraherade materialet blandades med karboxymetylcellulosa (CMC) för att skapa en plastfilm. Filmen blev väldigt tunn och spröd, således behövs antingen en annat mjukningsmedel eller tillägg av additiv för att skapa ett mer användningsbart biobaserat plastmaterial. Den PHA-rika algen Calothrix Scytonemicola användes vid extraktionen av PHA. Algerna tvättades med aceton och kryomaldes innan PHA förhoppningsvis extraheras med hjälp av natriumhypoklorit(aq) och avjonat vatten. På grund av en för liten mängd tillgänglig alg extraherades endast en liten mängd material. Det var därför inte möjligt att skapa en plastfilm av vårt extrakt utan istället användes kommersiell PH3B, som är en typ av PHA. Tre försök genomfördes, en med endast kloroform, en med CMC och kloroform och den sista med sucrose octaacetate och kloroform. Den sistnämnda filmen gav det bästa plastmaterialet med avseende på de mekaniska egenskaperna.

For more than a century, plastics have become an increasingly important part of the human society. Thanks to the durability and the many varieties of plastic it has a wide range of applications, but unfortunately the traditional plastic made from fossil oil has its drawbacks. Neither the fact that fossil oil is used, nor that these plastics won’t degrade in nature, are in any way sustainable for the environment in the long run. But out of the shadow of these problems, new technologies for the manufacturing of bioplastics are born. This thesis aims towards mapping out properties of different plastics, fossil based as well as bio-based, and investigating the possibilities to manufacture plastic material from algae, so called blue plastics. Additionally, the thesis shed light on terms related to plastic production and bioplastics.  The result shows that there are multiple approaches to the manufacturing of blue plastics; several divergent polymers (e.g. starch, protein and alginate) can be extracted from algae for the production of plastic material, and there is a large number of algae strains and methods to use. Blue plastics are still not produced in large scale, and therefore suffer from high production costs, which makes it challenging to replace traditional plastics. Another obstacle is bad durability and mechanical properties of some algae-based materials. But the blue side of the spectrum of plastics is still a young field of study and new innovations are yet to be discovered. / I över ett sekel har plast blivit en allt viktigare del i det mänskliga samhället. Tack vare sin tålighet och mångsidighet har plast en mängd olika användningsområden, men tyvärr har den traditionella plasten även sina nackdelar. Varken det faktum att fossil olja används, eller det faktum att dessa plaster inte bryts ned i naturen, kan anses hållbart i längden. Men ur skuggan av dessa problem träder nya tekniker fram, som möjliggör tillverkning av bioplaster. Detta projekt syftar till att kartlägga egenskaperna hos olika plaster, fossilbaserade såväl som biobaserade, samt möjligheterna att tillverka plast med alger som råvara. Dessutom läggs fokus på att förklara vissa termer relaterade till plaster, bioplaster och dess livscykel.  Resultatet visar att det finns ett flertal tillvägagångssätt för tillverkningen av algbaserade plaster. Flera olika polymerer (t.ex. stärkelse, protein och alginat) kan extraheras från alger för vidare produktion av plastmaterial, och dessutom finns ett stort antal olika algarter och tillverkningsmetoder som kan användas. Idag produceras algplaster ännu inte i stor skala, något som innebär att produktionskostnaderna fortfarande är höga och att det således är svårt att konkurrera ekonomiskt med traditionella plaster. Ett annat hinder för algbaserade plaster är i vissa fall låg resistans och sämre mekaniska egenskaper jämfört med traditionella plaster. Men den algbaserade delen av plastspektrumet är fortfarande ung och outforskad, fortfarande finns nya upptäckter och möjligheter som väntar på att bli funna.

Crack formation in concrete structures due to various load and non-load factors leading to degradation of service life is very common. Repair and maintenance operations are, therefore, necessary to prevent cracks propagating and reducing the service life of the structures. Accessibility to affected areas can, however, be difficult and the reconstruction and maintenance of concrete buildings are expensive in labor and capital. Autonomous healing by encapsulated bacteria-based self-healing agents is a possible solution. In this study, a novel bacteria-based healing agent was investigated in order to test the self-healing efficiency of the specimens in comparison to the commonly used healing agents made of lactic acid derivatives. (PLA). The novel integrated healing agent is a non-toxic, biodegradable dissolved inorganic carbon substrate derived from wastewater that has been used as an encapsulation material for spores of cohnii bacteria in the Bacillus gene family and for nutrients made up of yeast extract. This dissolved inorganic carbon substrate is a bioplastic made by the bacteria in wastewater known as alkanoate derivatives (AKD). To assess the effect of these healing agents on the mortar characteristics, quantification and characterization of the self-healing were conducted. The quantification of the self-healing efficiency was performed by various experimental techniques such as light microscopy, water permeability, chloride ion permeability, and thermogravimetric analysis whereas the material characterization was investigated by x-ray diffraction and environmental scanning electron microscope. Moreover, a statistical analysis was performed to study the correlation of self-healing efficiency between various experimental techniques. The incorporated dosages of healing agents adopted were 2.6% and 5% by weight of cement. Complete immersion in water was considered to be the condition of treatment of the specimen for healing at two separate periods of 28 and 56 days. The crack widths investigated were in the range of 0.04 to 0.8 mm. The quantification and characterization tests indicated that bacterial containing mortar series especially PLA and AKD at 5% dosage displayed a higher self-healing performance and an indication of precipitated calcium carbonate in the crack mouth. However, the results from the chloride migration test didn’t show any influence by the self-healing healing agents. Furthermore, the statistical analysis identified a major impact of the internal crack geometry on the difference in self-healing ratios, also in the cases where effective crack width is equal. / Sprickbildning i betongkonstruktioner p.g.a. olika laster och lastoberoende faktorer som leder till förkortning av livslängden är mycket vanligt förekommande. Reparation och underhåll är därför nödvändiga för att förhindra att sprickorna propagerar och reduceras konstruktionernas livslängd. Möjligheterna att komma åt de skadade partierna kan dock vara svåra och reparationerna är vanligen både arbetsintensiva och kostsamma. Självläkning med ingjutna bakteriebaserade, självläkande tillsatser är en möjlig lösning på problemet. I denna studie undersöktes en ny bakteriebaserat självläkande tillsats för att prova den självläkande förmågan i jämförelse med vanligt förekommande självläkande tillsatser av mjölksyrederivat (PLA). Den nya integrerade självläkande tillsatsen är en giftfri, biologiskt nedbrytningsbar, oorganisk kolsubstratslösning utvunnen ur avloppsvatten, en tillsats som har använts som ett inkapslingsmaterial för sporer från cohnii-bakterier från bacillussläktet och från näringsämnen framställda ur jästextrakt. Denna kolsubstratslösning är en bioplast framställd ur avloppsvatten och känd som alkanoatderivat (AKD). För att bestämma effekten av dessa självläkande tillsatser på cement bruks egenskaper genomfördes kvantifiering och karakterisering av självläkningen. Kvantifieringen av självläkningens effektivitet utfördes genom olika experimentella metoder såsom ljusmikroskopi, vattengenomsläpplighet, kloridjonstransport och termogravimetriska analyser medan materialkarakteriseringen utfördes med röntgendiffraktion och svepelektronmikroskop (ESEM). Vidare genomfördes en statistisk analys för att undersöka korrelationen mellan olika experimentella metoder. De doser av självläkande tillsatser som användes var 2,6 och 5 % av cementvikten. Fullständig nedsänkning i vatten ansågs vara den lämpligaste lagringen för självläkning under två olika tidsperioder på 28 respektive 56 dygn. De sprickbredder som studerades låg i intervallet 0.04 till 0.8 mm. Försöken kring kvantifiering och karakterisering indikerade att bruken innehållande bakterier, i synnerhet 5 % PLA och AKD, utvecklade en högre form av självläkande beteende och en förekomst av kalciumkarbonat i sprickspetsen. Resultaten från försöken kring kloridtransport visade emellertid inga tecken på någon effekt från de självläkande tillsatserna. Vidare identifierades i den statistiska analysen att inre sprickbildning har stor betydelse för självläkningseffekten även i fall där den effektiva sprickbredden är lika stor.