Rapporten presenterar en studie där tre trätyper, balsa, ask och björk, fabriceras genom en förutbestämd metod till transparent trä. Detta material har många möjliga applikationer, inklusive energieffektiva byggnader, förpackningar, solceller och elektroniska apparater. Syftet med studien är att jämföra de erhållna proverna av transparent trä utifrån morfologi och optiska egenskaper samt koppla dessa resultat till mikrostruktur. Detta för att avgöra huruvida den specifika fabriceringsmetoden lämpar sig för trätyperna och vilken som är mest lämpad. Den valda fabriceringsmetoden består av tre steg, delignifiering, tvätt med lösningsmedel samt polymerinfiltration. Syftet med det första steget i processen, delignifieringen, är att ta bort lignin, beståndsdelen i trä som ger träet dess färg. Detta skedde genom kemikaliebehandling med acetatbuffer och natriumklorit i sur miljö under uppvärmning, varvid träproverna blev vita. Proverna placerades därefter i en vakuumdesickator där de tvättades med etanol och därefter aceton. Etanol hindrar fibrerna från att krympa och acetonet tar bort de sista kemikalieresterna i trästrukturen. Inför det sista steget, polymerinfiltrationen, polymeriserades monomerer av metylmetakrylat till oligomerer, varpå dessa pressades in i träproverna med vakuum där de polymeriserades till polymetylmetakrylat (PMMA). PMMA har ett liknande brytningsindex till trä, vilket minskar ljusspridningen och ökar transparensen i provet. Vidare placerades träproverna mellan två glasplattor och lindades in i aluminiumfolie. Proverna värmdes i ugn där polymeriseringen slutfördes och det transparenta träet erhölls. Träprovernas optiska egenskaper och morfologi karakteriserades. För att bestämma optiska egenskaper uppmättes transmittans och haze. Transmittansen anger hur mycket ljus som kan passera genom provet, medan haze anger hur mycket ljusspridning som sker i förhållande till transmittansen. Dessa parametrar uppmättes enligt ASTM D1003 “Standard Method for Haze and Luminous Transmittance of Transparent Plastics”. Provernas morfologi karakteriserades med ett svepelektronmikroskop (SEM) och resultaten presenterades med högupplösta bilder. Från dessaanalyserades mikrostrukturen i träproverna och graden av delignifiering och polymerinfiltration bedömdes. Resultaten från mätningarna av de optiska egenskaperna visade att balsa har den högsta transmittansen (81–87%), följt av björk (74–83%) och sedan ask (66–78% för sommarved och 74–83% för vårved). Vidare uppmättes haze till ca 65–70% för balsa, ca 70–75% för björk och 74-80% för ask. Genom analys av SEM-bilderna bedömdes graden av delignifiering som högst i balsaträet. För att avgöra detta studerades mellanrummet mellan fibrerna som i obehandlat trä är ligninfyllda. Det observerades då att dessa mellanrum var mest tomma i det delignifierade balsaträt, vilket antydde på att graden av delignifiering var högst för denna trätyp. Graden av polymerinfiltrering ansågs likvärdig för de tre träsorterna då det förekom luftfickor i samtliga träprov. Sammanlagt ledde detta till att balsa blev mest transparent av de tre träsorterna, och är den mest lämpade träsorten för denna fabriceringsmetod.

En av grundpelarna i alla hållbara system är införandet av en cirkulär ekonomi, som främjar återanvändning och återvinning av material. Plast är en av i utmaning i detta avseende på grund av den stora produktionsvolymen variation i sorter och långsamma nedbrytn. Ett förslag till lösning på dessa problem, som det har forskats allt mer om under de senaste decennierna, är att ersätta syntetiska plaster med lämpliga biobaserade alternativ. Detta arbete syftade till att utforska två möjligheter i detta avseende, (1) Transparent trä (TW) och (2) Lim för trä från en förnybar källa.  Utvärderingen av chitosan som ersättning för de syntetiska delarna av dessa material var det primära syftet med denna studie. TW utnyttjar de inneboende önskvärda egenskaperna hos trä och ökar dess användningsområden genom att ändra dess optiska egenskaper, men behöver en impregneringsmatris, som är en syntetisk polymer, för sin tillverkning. I detta arbete studerades variationen av kitosanimpregnering med tryck och torkningsförhållanden. Mikroskopi, gravimetri, kontaktvinkel och dynamisk mekanisk analys användes för att mäta effektiviteten hos de utvecklade metoderna. Alternativ till syntetiska lim för trä och träkompositer behövs på grund av problem med toxicitet. Chitosans användbarhet som lim för trä har dokumenterats i stor utsträckning. Det har dock inte gjorts så mycket arbete med trälaminat, som valdes som en ett sekundärt fokus för detta arbete. Testning av limmet utfördes med hjälp av skjuvmätningar. Resultaten visade att kitosan, istället för att infiltrera trästrukturen, främst deponerades på dess yta och specifika tester för att bestämma laminatets hållfasthet föll utanför ramen för denna studie. / One of the mainstays of any sustainable system is the implementation of a circular economy, which promotes the reuse and recycling of materials. Plastics are one of the most problematic entities in this regard because of the sheer scale of production, their variety, and their recalcitrant nature. A proposed solution to this problem, one which has seen increasing research in the past decades, is replacing synthetic plastics with suitable bio-based alternatives. This work aimed to explore two possibilities in this regard, (1) Transparent wood (TW) and (2) Adhesives for wood. Evaluating the utility of chitosan as a replacement for the synthetic portions of these materials was the primary aim of this study. TW utilizes the inherently desirable properties of wood and increases its avenues of application by changing its optical properties but needs an impregnation matrix, which is a synthetic polymer, for fabrication. This work studied the variation of chitosan impregnation with pressure and drying conditions. Microscopy, gravimetry, water contact angle and dynamic mechanical analysis were used to gauge the efficacy of our methods. Alternatives to synthetic adhesives for wood and wood-composites are needed because of their associated problems with toxicity. Chitosan’s utility as an adhesive for wood has been documented to a considerable extent. However, not much work has been done with wood laminates, which were chosen as a secondary focal point of this work. Adhesive testing was carried out via lap-shear measurements. Results indicated that chitosan, instead of infiltrating the wood structure, was primarily deposited on its surface and specific tests for determining laminate strength fell out of the scope of this study.

Transparent trä biokompositer (TW) är en ny attraktiv klass av biokomposit. De är uppbyggda av delignifierat trä som impregnerats med en polymer med matchande brytningsindexet.  TW kan skräddarsys för inom ett brett spektrum av funktionella, optiska och mekaniska egenskaper. Eftersom de är biobaserade ses de dessutom som ett möjligt material som kan ersätta andra, mer miljöpåverkande material, inom olika sektorer, däribland byggnadsindustrin. Till skillnad från de funktionella egenskaperna har det mekaniska beteendet hos dessa biokompositer dock inte undersökts särskilt ingående. Syftet med denna avhandling är därför att utöka den nuvarande kunskapen om det mekaniska beteendet av dessa material genom att använda två olika mekanisk karakterisering metoder av TW och vanligt trä som referensmaterial. TW framställdes genom impregnering av delignifierade björkfaner med PMMA. Den mekaniska karakteriseringen utfördes med hjälp av olika metoder. Elastiska modulen och böjhållfastheten i tvärriktningen studerades med hjälp av fyrpunktsböjningprov. Resultaten visade en förbättring för båda egenskaperna jämfört med vanligt björkträ. Brottet vinkelrätt mot fibern (TR-systemet) undersöktes genom att utföra in situ fyrpunktsböjningstester på prover med en kant-spricka i ett svepelektronmikroskop för att observera hur sprickorna fortplantar sig i den komplexa mikrostrukturen. En anmärkningsvärd förbättring (cirka 175 procent) av brottsstyrkan konstaterades jämfört med vanligt trä. Dessutom användes DIC-teknik (digital image correlation) på fyrpunktsböjningstesterna, med kant-spricka, för att studera spänningsfältet under spricktillväxten, särskilt bildandet av brottprocesszonen (FPZ) runt sprickspetsen. Därefter föreslogs en ekvation som beskriver kohesionslagen för båda materialen baserat på experimentella observationer som i slutändan kan användas för sprickmekaniska simuleringar. Slutligen visades kort hur man kan använda de uppmätta mekaniska egenskaperna hos den nya TW för materialval för tekniska tillämpningar. / Transparent wood (TW) biocomposites are a new attractive class of materials. They are based on a delignified wood template impregnated by a refractive index-matching polymer.  TWs can be tailored in order to show a wide range of functional, optical, and mechanical properties. Moreover, being biobased, they are seen as a possible key material to replace more environmentally impactful materials in various sectors including the construction industry. However, unlike the functional properties, the mechanical behaviour of this class of materials has been poorly investigated. Therefore, in this thesis, the aim was to extend the current knowledge about the mechanical response of these materials by using a two-step mechanical characterization on TW and native wood as reference material. The analysed TW biocomposite was prepared by impregnation of delignified birch veneers by PMMA. The mechanical characterization was carried out using different techniques. The Young’s modulus and the flexural strength along the transverse direction were studied by four-point bending tests. The results showed an improvement for both properties compared to native birch wood. The fracture perpendicular to the grain (TR system) was investigated by performing in situ single-edge-notched four-point bending tests onto a scanning electron microscope to observe how the cracks propagate in this complex microstructure. A remarkable improvement (about 175 percent) in fracture toughness was found compared to the native wood. Furthermore, the in situ single-edge-notched four-point bending test was also applied, together with the digital image correlation (DIC) technique, to study the strain field during the crack growth, specifically the formation of the fracture process zone (FPZ) around the crack tip. Then, an equation describing the cohesive law was proposed for both materials based on experimental observations that can be ultimately used for fracture mechanics simulations. Finally, it was briefly shown how to make use of the measured mechanical properties of the novel TW for material selection for engineering applications.