In this thesis, Atomic Force Microscopy (AFM) is used to characterize Micro Fibrillated Cellulose (MFC) produced by two different methods according to their size and shape. For one of these MFC-types, their interaction with the humidity in the atmosphere is investigated and their swelling is calculated. MFC is a relatively new material based on cellulose fibres extracted from wood. This study is performed in co-operation with Stora Enso research centre. Stora Enso is a renewable material company which uses mostly wood based raw materials in their production. The measured swelling is ~ 5 % and depends on the number of elementary fibrils included in the fibre. / Atomkraftsmikroskopi (AFM) har använts för att karakterisera Mikro Fibrillerad Cellulosa (MFC), som är producerad med två olika produktionsmetoder, med avseende på deras storlek och form. För en av dessa MFC-typer så är deras påverkan av en varierande fuktig atmosfär undersökt och deras svällning är uträknad. MFC är ett relativt nytt material baserat på cellulosafibrer från trä. Detta examensarbete är utfört i samarbete med Stora Enso forskningscentrum. Stora Enso är ett företag fokuserat på förnyelsebara material som använder mestadels träbaserade råmaterial i deras prodiktion. Den uppmätta svällningen är ~ 5 % och beror av antalet elementära fibriller som ingår i fibern.

In this thesis, two MFC based films Carboxymethylated-Microfibrillated Cellulose (MFC) and Enzymatic-MFC were characterized and metalized in order to improve the barrier properties at high relative humidity. Several methods were used for the characterization process, which were Atomic Force Microscopy (AFM), Contact Angle (CA), Energy Dispersive Spectra (EDS), Light Microscopy (LM), Scanning Electron Microscopy (SEM), and Oxygen Transmission Rate (OTR). Physical Vapor Deposition (PVD) system was used for the metalization of film, a thin layer of aluminium with a thickness of 200 nm was deposited on the films. The results revealed that ENZ-MFC exhibit a higher roughness and lower OTR values, compared to CM-MFC. The contact angle values proved that both non-metalized MFC films exhibited a hydrophilic surface with values around 50 degrees. SEM and EDS images showed that both films exhibited surface defects with dimensions in the order of a micrometer. The best barrier improvement by metalization was achieved for the metalized CM-MFC, where the OTR values were decreased by one order of magnitude after metalization. However, for ENZ-MFC metalization did not improve OTR at high RH. The protective layer was successfully protecting the MFC film as long as the surface roughness of the film was not too high. The limit is between 40 and 140nm (in root mean square roughness values). / I denna avhandling karakteriserades två MFC-baserade filmer Carboxymethylated-MFC och   Enzymatic-MFC som metalliserades för att förbättra barriäregenskaperna vid hög relativ fuktighet. Flera metoder har används för karaktäriseringsprocessen, vilka var Atomic Force Microscopy (AFM), Contact Angle (CA), Energy Dispersive Spectra (EDS), Light Microscopy (LM), Scanning Electron Microscopy (SEM), och Oxygen Transmission Rate (OTR). Physical Vapor Deposition (PVD) systemet användes för metalliseringen av filmerna, där ett tunt skikt aluminium med en tjocklek av 200 nm deponerades. Resultaten visade att ENZ-MFC har högreråhet och lägre OTR-värden jämfört med CM-MFC. Kontaktvinkelvärdena påvisade att bådaicke-metalliserade MFC-filmer har en hydrofil yta med värden omkring 50 grader. SEM- och EDS-bilder visade att båda filmerna har ytdefekter i storleksordningen en mikrometer. Den bästa barriärförbättringen genom metallisering uppnåddes för den metalliserade CM-MFC, där OTR-värdena minskade med en storleksordning efter metallisering. För ENZ-MFCförbättrade dock metallisering inte OTR vid hög RH. Det skyddande skiktet skyddar effektivt MFC-filmen så länge som filmens ytråhet inte var för hög. Gränsen är intervallet mellan 40 och140 nm (Kvadratiskt medelvärde för ytråhet).

It was found that a significant improvement of mechanical properties of CFRPs can be achieved by the adjustment of the matrix properties such as toughness and CF/matrix adhesion via the chemical modification, as well as the physical modification by a small amount of cheap and environment-friendly nano fibers. Based on investigation of fracture mechanisms at macro/micro scale, the effects of matrix properties and nano fiber on the mechanical properties of CFRP have been discussed. Subsequently, the relationship has been characterized by a numerical model to show how to modulate the parameters of the matrix properties to achieve excellent fatigue properties of CFRP. / 博士(工学) / Doctor of Philosophy in Engineering / 同志社大学 / Doshisha University