Purpose: The purpose of this study is to contribute with new knowledge about nanocellulose-based insulation products. It is an innovation that could potentially be applied as a building insulation material and possibly compete with today’s insulation materials. At this time, there is limited knowledge about nanocellulose-based insulation in the construction industry and with this study the interest should increase for nanocellulose-based insulation which may drive the research further in the field. The objective of the study is to demonstrate with focus on the environmental impact, constructional properties and economics whether nanocellulose-based insulation materials have the ability to compete with traditional insulation materials. Method: Literature studies, interviews, document analysis and calculations have been the implemented research methods in order to achieve the objective of the study. Literature studies has been carried out on previous research within the subject which constituted the scientific basis for the work under the theoretical framework. Interviews with experts in the subject provides experience within different perspectives studied in this report. Document analysis has given the study reality linked information regarding the constructional properties of nanocellulose insulation. Theoretical U-value calculations have been performed on walls with mineral wool, nanocellulose aerogel and nanocellulose foam. Findings: The study differentiates nanocellulose-based insulation into two categories; foam and aerogels. Nanocellulose foam could compete with the traditional insulation materials with regard to constructional properties and environmental perspectives, but not the economical since the cost of nanocellulose is too high. The price for nanocellulose foam could decrease to similar price levels as current materials when nanocellulose as a material begins to be applied in a greater extent. Both nanocellulose aerogel and nanocellulose foam are extracted from completely renewable sources, but in addition to that attribute, the insulation types are different in character. The study also shows that nanocellulose aerogel cannot compete with traditional insulation due to its high production cost. Implications: The study’s conclusion is that there is an existing technique with the potential to develop a nanocellulose-based foam material that have the potential to compete with the traditional insulation materials used today. In order for a nanocellulose-based aerogel to be competetive the development of cost-effective production techniques is required and the study shows that this type cannot compete with traditional insulation materials today. Limitations: The work was limited to deal with the three different perspectives; constructional properties, environment and economy when studying nanocellulose insulation. The constructional properties have been given greater importance, because it is the properties that determines if the material can be applied as an insulation or not.

Den här rapporten behandlar framställning av nanocellulosa, CNF, och hur det kemiska innehållet för barr- respektive lövmassa påverkar framställningen. De massor som använts i undersökningen var båda ursprungligen från oblekta sulfatmassor. De blev först kloritdelignifierde och genomgick sedan alkalisk extraktion för att ta bort hemicellulosan. Innan massorna homogeniserades enzymbehandlades de med endoglukanas. De erhållna nanofibrerna karakteriserades genom kolhydratsanalys, mätning av polymerisationsgraden, konduktometrisk titrering, mätning av transmittans, AFM, röntgendiffraktion, centrifugering och DLS. Utifrån resultaten kunde det ses att mellan barr- och lövmassorna var barrmassan det bästa alternativet vid framställning av nanocellulosa. Inom barrmassorna var den kloritdelignifierade barrmassan det bästa alternativet vid framställning av nanocellulosa.

Cellulose nanocrystals (CNCs) are bio-based nanoparticles with the ability to stabilize oil and water emulsions thanks to their intermediate wettability and nanometric size. These and other types of particle-stabilized emulsions, commonly referred to as Pickering emulsions, are of great academic and industrial interest due to their superior stability against drop coalescence compared to classical surfactant-stabilized emulsions. In addition, the presence of a densely packed layer of particles at the oil-water interface is expected to impact the encapsulation ability of the emulsion droplets opening up for the possibility to use these systems to modulate the release of active substances in the context of oral or topical delivery formulations used in pharmaceutical and cosmetic applications. In these types of applications, the use of emulsions with nano-sized drops is advantageous due to their longtermcolloidal stability, improved dermal and mucosal transport of actives, improved bioavailability and greater aesthetic appeal and skin feel. This study had two main objectives. The first one was to explore to possibility to produce o/w emulsions with submicron-size drops by means of microfluidization using a combination of CNCs and hydroxypropyl methylcellulose (HPMC), a surface-active cellulose derivative that has been shown to have the ability to modify the wettability of CNCs (thereby enhancing their ability to adsorb at the oil/water interface). An important aspect of this first part of the study also involved gaining better understanding on the separate contributions of CNCs and HPMC to the properties of the resulting emulsions. The second objective of the work was to assess the performance of selected o/w CNC/HPMC compared to that of surfactant-stabilised emulsions in terms of their ability to deliver lutein, a hydrophobic prototype active of interest for topical delivery applications. / Cellulosa-nanokristaller (CNC) är biobaserade nanopartiklar med förmågan att stabilisera emulsioner av olja i vatten (o/w) tack vare deras medelhöga vätbarhet och storlek i nanometerskalan. Dessa och andra typer av partikelstabiliserade emulsioner, så kallade Pickering-emulsioner, är av stort akademiskt och industriellt intresse på grund av deras överlägsna stabilitet mot droppkoalescens jämfört med klassiska tensidstabiliserade emulsioner. Det tätt packade skiktet av partiklar vid gränsytan mellan olja och vatten påverkar också inkapslingsförmågan hos emulsionsdropparna vilket kan utnyttjas för att reglera frisättning av aktiva substanser i läkemedel eller kosmetiska produkter. I dessa typer av applikationer är användningen av emulsioner med droppar i nano-storlek fördelaktig på grund av deras långsiktiga kolloidala stabilitet, förbättrad hud- och slemhinnetransport, förbättrad biotillgänglighet och hudkänsla. Denna studie hade två huvudmål. Det första var att undersöka möjligheten att producera o/w emulsioner med droppar av submikron-storlek med hjälp av mikrofluidisering och genom att använda en kombination av CNC och hydroxypropylmetylcellulosa (HPMC), ett ytaktivt cellulosa-derivat som har visat sig ha förmågan att modifiera vätbarheten hos CNC och därigenom förbättra dess förmåga att adsorbera vid olja/vatten-gränsytan. En viktig aspekt av denna första del av studien var att få bättre förståelse för hur CNC och HPMC var för sig påverkar egenskaperna hos emulsionerna. Det andra målet med arbetet var att bedöma prestandan hos o/w CNC/HPMC-emulsioner för frisättning av lutein, ett hydrofob aktivt ämne, och jämföra med tensidstabiliserade emulsioner. / nanocellulosa, hydroxipropylmetylcellulosa, Pickering emulsioner, microfluidization, drogleverans

Transparenta papper tillverkade av cellulosa nanofibriller (CNF), visar stor potential att kunna ersätta petroleumbaserade plaster inom många användningsområden, till exempel för mat- och varuförpackningar. CNF, även känt som nanocellulosa, kombinerar viktiga cellulosaegenskaper, med unika egenskaper hos nanomaterial. Denna kombination av egenskaper möjliggör tillverkning av ett pappers-liknande material som uppvisar både utmärkta mekaniska egenskaper och hög transparens. Användningen av nanocellulosa är dock förknippad med diverse utmaningar, för att materialet ska kunna bli kommersiellt slagkraftigt. En av de främsta utmaningarna är nanocellulosas höga affinitet för vatten och dess höga specifika yta som försvårar hanteringen av materialet. Avvattningen av nanocellulosadispersioner, för att tillverka transparenta papper, kan ta upp till flera timmar. För att övervinna detta hinder, har avdelningen för Fiberteknologi vid KTH tillsammans med BillerudKorsnäs AB, nyligen utvecklat en metodik för att skapa så kallade själv-fibrillerande fibrer (SFFer). Dessa fibrer möjliggör en snabbavvattnad papperstillverkningsprocess med makroskopiska vedbaserade fibrer, som efter tillverkning av pappret omvandlas till ett nanocellulosapapper, det vill säga ett nanopapper. För att erhålla SFFer krävs det att höga koncentrationer av karboxyl- och aldehydgrupper introduceras i cellulosafibrerna. Införandet av dessa funktionella grupper, möjliggör självfibrilleringen då SFFerna utsätts för moderata alkali-koncentrationer. I den ursprungliga studien som utfördes av Gorur m.fl., introducerades de funktionella grupperna med hjälp av sekventiell TEMPO- och periodatoxidation. I detta examensarbete, har alternativa kemiska metoder för att introducera samma kemiska funktionalitet som TEMPO-periodatsystemet undersökts. Huvudsyftet med arbetet är att besvara frågan: Hur påverkar olika kemiska behandlingar vid SFF tillverkningen, de kemiska och fysikaliska egenskaperna hos de modifierade fibrerna, samt de slutgiltiga pappersegenskaperna? För att besvara frågan, preparerades fibrer med liknande karboxyl- och aldehydinnehåll med hjälp av följande tre kemiska metoder: 1) TEMPO- följd av periodatoxidation (detta kommer att användas som referenssystem); 2) periodat- följd av kloritoxidation; 3) karboxymetylering följd av periodatoxidation. Egenskaperna hos fibrerna undersöktes med avseende på aldehyd- och karboxylinnehåll, avvattningspotential och förmåga att självfibrillera. Papper tillverkades med hjälp av en vakuumfiltreringsuppställning och följande egenskaper undersöktes hos pappret: mekaniska egenskaper (dragstyrka, brottsyrka och Young’s modul); optiska (transparens och ytreflektion); samt syrgaspermeabilitet. De erhållna fibrerna från samtliga tre kemiska modifieringar visade på självfibrillerande egenskaper i alkaliska lösningar. Detta beteende styrker hypotesen att ett strategiskt införande av ett högt karboxyl- och aldehydinnehåll leder till självfibrillerande fibrer. Transparenta papper tillverkade av fibrer som utsatts för TEMPO-periodatoxidation samt klorit-periodatoxidation, visade på utmärkta mekaniska egenskaper, hög transparens och bra barriäregenskaper - jämförbara med vad som vanligen kan noteras hos papper tillverkat av nanocellulosa. Samtliga egenskaper förbättrades ytterligare efter fibrillering av fibrerna i papperen. De karboxymetylerade-periodatoxiderade materialet, å andra sidan, uppvisade andra egenskaper jämfört med de två, tidigare nämnda, metoderna. TEMPO-periodat- och periodat-klorit-pappersmassan var halvgenomskinlig och geléliknande, medan den karboxymetylerade-periodatoxiderade massan var mer lik det omodifierade materialet. Detsamma gällde det tillverkade pappret som liknade ett konventionellt papper. Det var inte heller möjligt att åstadkomma en fibrillering av det karboxymetylerade-periodatoxiderade-pappret som utsattes för behandling med alkaliska lösningar. Avvattningstiden vid papperstillverkningen varierad mellan 4 och 60 sekunder, och karboxymetylering-periodat oxidation visade på snabbast avvattningstid. Den förlängda avvattningstiden i jämförelse med studien utförd av Gorur m.fl., tros främst bero på att ett filtreringsmembran med mindre porer användes på vakuumfiltreringsuppställningen, istället för en avvattningsvira som tidigare använts. Sammanfattningsvis så har det visat sig möjligt att tillverka självfibrillerande fibrer med hjälp av samtliga tre undersökta kemiska modifieringar. SFFer möjliggör tillverkning av snabbavvattnade transparenta nanocellulosapapper och visar på så vis på hög potential att kunna ersätta olje-baserade plaster till många förpackningsapplikationer. / Transparent papers made from cellulose nanofibrils (CNF), derived from e.g. wood, show great potential to replace petroleum-based plastics in many application areas, such as packaging for foods and goods. CNF, also known as nanocellulose, combine important cellulose properties with the unique features of nanoscale materials, gaining paper-like materials with outstanding mechanical properties and high transparency. However, nanocellulose faces various challenges in order to make the products commercially competitive. One of the main challenges is accompanied with nanocelluloses’ high affinity for water, which makes processing difficult. Dewatering of a nanocellulose dispersion in order to produce transparent paper may take up to several hours. To overcome this obstacle, the Fibre technology division at KTH Royal Institute of technology and BillerudKorsnäs AB have recently developed a new concept of self-fibrillating fibres (SFFs). This material enables fast-dewatering papermaking using fibres of native dimensions and conversion into nanocellulose after the paper has been prepared. In order to obtain SFFs, proper amounts of charged groups and aldehyde groups need to be introduced into the cellulose backbone. When SFFs are exposed to high alkali concentration, i.e. > pH=10, the fibres self-fibrillates into CNFs. In the original study, the functional groups were introduced through sequential TEMPO oxidation and periodate oxidation. In this work, alternative chemical routes have been examined to prepare SFFs with the same functional groups as introduced with the TEMPO-periodate system. The aim of the thesis has been to answer: how does different chemical routes to prepare transparent nanopaper made from SFFs affect the chemical and physical properties of the modified fibres, as well as the final physical properties of the transparent papers? To answer the question, fibres with similar carboxyl and aldehyde contents were prepared using three chemical routes: 1) TEMPO oxidation followed by periodate oxidation (which was used as reference system); 2) periodate oxidation followed by chlorite oxidation; 3) carboxymethylation followed by periodate oxidation. The properties of the fibres were examined regarding aldehyde and carboxyl content, dewatering potential and self-fibrillating ability. Papers were produced using a vacuum filtration set-up and the properties investigated were the mechanical; tensile strength, strain at failure and Young’s modulus, the optical properties; transparency and haze, as well as the oxygen permeability. In order to investigate the impact of the fibrillation of the papers, the properties were measured for both unfibrillated and fibrillated samples. Furthermore, the gravimetric yield after each chemical modification procedure was examined, as well as the dewatering time during sheet making. Fibres obtained from all three chemistries demonstrated self-fibrillating properties in alkaline solutions. This strengthens the hypothesis that the strategical introduction of aldehydes and carboxyl groups is the main feature responsible for the self-fibrillating ability of the fibres. Transparent papers made from fibres treated through TEMPO-periodate oxidation and periodate-chlorite oxidation showed excellent mechanical, optical and barrier properties, comparable to those seen in nanocellulose papers. The properties were further increased after fibrillation. The carboxymethylated-periodate oxidized fibres, on the other hand, behaved differently from the others. While the TEMPO-periodate and periodate-chlorite pulp was semi-translucent and gel-like, the carboxymethylated-periodate oxidized fibres resembled more the unmodified material. Likewise, the properties of those papers resembled conventional paper and no fibrillationwas experienced after immersing the papers in alkaline solution, according to the same protocol developed for the other two chemistries. The dewatering time during sheet making ranged from 4–60 seconds (carboxymethylation-periodate oxidation showing the fastest dewatering rates). The increased dewatering time compared to earlier studies is believed to mainly be due to the use of a filtration membrane on the vacuum filtration set-up, instead of a metallic wire with larger pores. Overall, SFFs was successfully produced using three different chemical routes. SFFs enables production of fast-dewatering transparent nanocellulose papers that shows the potential to replace oil-based plastics in many packaging applications.

Due to the rapid development of technology, electrical products are being shipped all over the world. The electronic components have gotten greater in capacity but are smaller in size, making them sensitive to electrostatic discharge (ESD). ESD packaging protects sensitive components from electrostatic discharge and electrical fields. There are different types of packaging solutions depending on the sensitivity of the product. Rigid packaging of insulating paperboard, impregnated with a thin, conductive carbon layer was used in this study. The conductive material is supposed to lead the static electricity away from the product, to the packaging which is insulated, where it safely can discharge. The inside of the packaging, normally dressed in a foam to protect the device inside, is supposed to be replaced with paperboard. The purpose of this master thesis is to investigate whether or not an ESD-packaging can be created by coating a paperboard with a dispersion containing nanographite and nanocellulose. Solid Bleached Board is a paperboard made by the mill Iggesund Paperboard, used for graphical products and packaging of high quality. Paperboard is made from cellulose, an environmentally sustainable raw material from the forest. Classifications of materials used in ESD packaging-solutions are divided into how quickly electricity moves through the material. Carbon is normally within the range of 10^2 to 10^6 Ω for sheet- and volume resistance. Maximal charge and maximal electrical discharge of the packaging are by standard not supposed to exceed 100 V and 50 nJ. Two different nanographite dispersions with different binders (polyvinyl alcohol and cellulose nanofibres) have been made. These have been coated onto the paperboard using a bench-coater. Measurements of ESD- and paperboard-properties have been performed onto the paperboard. The measured values were within the range of what was considered acceptable to be able to create an ESD packaging. The prototype was designed materially with solid bleached board, coated with a dispersion made of 220g nanographite, 22g cellulose nanofibres and 3791g water with a solid content of 8,2%. The design has been developed with the company's existing packaging in mind together with information about the already existing ESD packages. The results from the measurements show that it is fully possible to create and produce ESD-packaging, but needs further testing after this thesis. Societal, ethical and environmental aspects have been considered during the entire study. / På grund av den snabba tekniska utvecklingen transporteras elektriska produkter över hela världen. Elektroniska komponenter har fått större kapacitet men är mindre i storleken vilket gör dem känsliga för elektrostatisk urladdning (ESD). ESD-förpackningar skyddar känsliga komponenter från elektrostatisk urladdning och elektriska fält. Det finns olika typer av förpackningslösningar beroende på produktens känslighet. Styva förpackningar av isolerande kartong, impregnerade med ett tunt, elektriskt ledande kolskikt användes i denna studie. Det ledande materialet leder den statiska elektriciteten bort från produkten, till förpackningen som är isolerad, där den säkert kan urladdas. Förpackningens insida, som normalt är klädd med ett skum för att skydda produkten inuti, är tänkt att ersättas med kartong. Syftet med examensarbetet är att undersöka om en ESD-förpackning kan skapas genom att bestryka ett kartongark med en dispersion innehållande nanografit och nanocellulosa. Homogen helblekt kartong (Solid Bleached Board, SBB) är en kartong tillverkad av pappersbruket Iggesund Paperboard, som används för grafiska produkter och förpackningar av hög kvalitet. Kartong är tillverkad av cellulosa, ett miljövänligt och hållbart material från skogen. Klassificeringar av material som används i ESD-förpackningar är indelade i hur snabbt elektricitet rör sig genom materialet. Kol ligger normalt inom intervallet 10^2 till 10^6 Ω för yt- och volymresistans. Maximal uppladdning och maximal elektrisk urladdning av förpackningen ska inte överstiga 100 V och 50 nJ. Två olika dispersioner med olika bindemedel (polyvinylalkohol och cellulosa nanofibrer) har tillverkats. Dessa har bestrukits på kartongen med en bänkbestrykare. Mätningar av ESD- och kartong-egenskaper har utförts på kartongen. Mätdata låg inom det intervall som ansågs vara acceptabelt för att kunna skapa en ESD-kartong. Prototypen, sample B, är designad materiellt med homogen helblekt kartong, bestruken med en dispersion gjord av 220g nanografit, 22g cellulosa nanofibrer och 3791g vatten med en torrhalt på 8,2%. Designen har utvecklats med företagets befintliga förpackningar i åtanke tillsammans med information om de redan existerande ESD-förpackningarna. Resultaten från mätningarna visar att det är fullt möjligt att skapa och producera ESD-kartong, men det kräver ytterligare tester efter denna studie. Samhälleliga-, etiska- och miljöaspekter kommer att beaktas under hela studien.