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“We are symbionts on a symbiotic planet, and if we care to, we can find symbiosis everywhere.” — Lynn Margulis, 1999

This research study aims to explore consumer ́s perception of bio-based plastic and to gain a comprehensive understanding of the various aspects including knowledge, expectations, perceived behavioral control and subjective norms that influence these perceptions. With increasing environmental concerns related to conventional plastics, there is a growing interest in sustainable alternatives. However, there is limited knowledge regarding consumer perceptions, specifically regarding bio-based plastics. Through semi-structured interviews, this study investigates the overall consumer perception of bio-based plastics compared to conventional plastics while also examining the influence of knowledge, expectations, subjective norms, and perceived behavioral control on consumer perceptions. By incorporating these aspects, the study addresses a research gap and contributes to the understanding of consumer behavior towards bio-based plastics. The findings highlight the significance of knowledge, social influences, price perception, and product quality in shaping consumer perceptions. Policymakers, marketers, and industries seeking to promote the adoption of bio-based plastics as an alternative to conventional plastics can benefit from the research outcomes.

The use of plastic has increased markedly in recent years which has led to more fossil fuels being used and more plastic in nature. This is a literature study that researches on how bio- based plastics can be used instead of plastics made from fossil fuels. The report is written in collaboration with Biotage, which is a global impact tech company that wants to use plastic parts that are made of more sustainable plastic for their products. Relevant and contemporary literature is reviewed, and several alternatives are addressed. The mechanical and physical properties of the different plastics are compared. Laboratory tests are performed on bio-based polyethylene, poly (lactic acid), bio-based polypropylene, polypropylene that contains wood fibre, recycled polypropylene and fossil-based polypropylene that is currently used by Biotage. The properties and way of manufacturing the plastics is discussed according to environmental aspects, as well as cost and recycling. This leads to the result that different plastics can be used for the different parts but plastics produced from bioethanol or biomass would be a more sustainable choice than plastic from fossil fuel.

Under det här kandidatexamensarbetet har protein-nanofibers påverkan på material undersökts genom att jämföra fibrillerade filmer med ofibrillerade. Sojaproteinisolat fibrillerades under förhållandena pH 2 och 85 ◦C under minst ett dygn och de syntetiserade nanofibrerna analyserades med Thioflavin T (ThT) fluorescens och atomkraftsmikroskopi (AFM). Spektra från analysmetoden ThT fluorescens indikerade på förekomsten av β-flak och analyserna med AFM visade på att fibrerna hade en morfologi som är karakteristisk för protein-nanofibrer. Resultaten antyder att de parametrar som påverkar morfologin hos fibrerna är fibrilleringstid och typ av protein. De gjutna filmerna från fibrillära respektive ofibrillära proteiner var sammanhängande bortsett från vissa sprickor. Värdena på E-modulen från AFM visade att det fibrillerade materialet var mer heterogent än det ofibrillerade. Filmer med sammanhängande yta erhölls vid tillsats av det mjukgörande additivet glycerol. Slutligen, material av både fibrillär och ofibrillär form kan framställas, däremot krävs vidare forskning för att optimera materialens egenskaper. / During this bachelor thesis project, the impact of protein nanofibers on materials has been analysed by comparing films made from fibrillar and non-fibrillar protein. Fibrillation of soy protein isolate was performed during at least 24 hours at pH 2 and a temperature of 85 ◦C. Analysis of the nanofibers was made with Thioflavin T (ThT) fluorescence and atomic force microscopy (AFM). The spectra from ThT Fluorescens indicated the presence of β-sheets and AFM confirmed that the fibrils had a morphology that is characteristic of protein nanofibers. The results indicated that heating time and protein type were the parameters which had the largest impact on the morphology of the fibrils. The synthesised films from both fibrillar and non-fibrillar protein were coherent with exception of some cracks. The elastic modulus from AFM indicated that the fibrillar film was more heterogeneous compared to the non-fibrillar film. To attain coherent films, the plasticising agent glycerol was added. To summarise, both fibrillar as well as non-fibrillar materials were successfully synthesised, however, further research is necessary to optimise the properties of the material.

Der Entschluss der Europäischen Kommission zur Klimaneutralität bis 2050 führte zur Einführung des Emissionshandels. Demnach muss die Emission von Treibhausgasen mit dem Erwerb von Zertifikaten kompensiert werden, wobei mit sinkenden maximalen Abgabemengen der Preis entsprechend steigt. Erst dadurch wird es für die Industrie profitabel, in nachhaltige Produktionsanlagen zu investieren oder auf biobasierte Rohstoffe zurück zu greifen. Mit dem Entschluss zur Nachhaltigkeit müssen alternative Rohstoffquellen genutzt werden und dementsprechend auch in der chemischen Industrie neue Verfahren der Verarbeitung entwickelt werden. Das bedeutet neue Gewinnungs- und Trennverfahren und darüber hinaus erneute Materialentwicklung. Ziel dieser Arbeit war es nachhaltige Alternativen für eine gut untersuchtes petrobasiertes Methacrylat-Harzsystem für den Einsatz in Chemiemörteln zu finden und deren Netzwerkstrukturen zu untersuchen. Bisher wurde die Untersuchung der Netzwerkbildung von radikalisch härtenden Methacrylatharzen in anderen Arbeiten vernachlässigt, was auf die schwierige Kinetik der Aushärtungsreaktion von Duroplasten zurückzuführen ist. Ein tieferes Verständnis der Härtungsreaktion war von entscheidender Bedeutung für eine effektive Anpassung der Zusammensetzung unter Einbeziehung biobasierter Verbindungen. Diese Arbeit bestand aus zwei Hauptteilen, darunter die systematische Untersuchung eines Modellnetzwerks mittels statischer Versuchsplanung, mit gleichzeitiger Verfolgung der radikalischen Aushärtungsreaktion und Charakterisierung des ausgehärteten Harzes. Zum anderen wurde die Synthese und Anwendung von biobasierten Strukturen im Harzsystem betrachtet. Es wurde ein homogenes Modellharzsystem entwickelt, mit dem die Analysemethoden etabliert wurden. Die Reaktionsverfolgung erfolgte mit Hilfe gängiger Methoden wie der Nahinfrarotspektroskopie, isothermen Differenzkalorimetrie, und rheologischer Untersuchungen. Die Netzwerkstruktur des ausgehärteten Harzes wurde durch Quellungsexperimente und dynamisch-mechanisch thermische Analysen untersucht. Ein entscheidender Parameter war die Zusammensetzung des Harzgemisches und das Verhältnis von Harzgrundkörper, Vernetzer und Reaktivverdünner zueinander. Dies wurde durch Anwendung eines statistischen Versuchsplans in Form eines Mischungsdesign (mit Begrenzungen) untersucht, wobei unterschiedliche Mischungen im Vergleich mit dem etablierten Referenzsystem bewertet wurden. Strukturelle Veränderungen durch den Einsatz biobasierter Verbindungen sollten mit dem Modellharzsystem verglichen werden, um deren spezifische Einflüsse zu verstehen. Die biobasierten Monomere sind kommerziell wenig verfügbar, daher wurden diese als neuartige Verbindungen im Rahmen der Arbeit zunächst synthetisiert. Es galt ein Spektrum von geeigneten Diolverbindungen zu funktionalisieren, um diese in Methacrylatharzen zu testen. Dabei wurden zucker- und terpenbasierte Strukturen, sowie auch Alkandiole als biobasierte Drop-in Verbindungen eingesetzt. Mit Analyseverfahren zur Reaktionsverfolgung und Materialcharakterisierungsmethoden wurden die entsprechenden Harzsysteme umfassend charakterisiert. Damit wurde ein tiefer Einblick in die ablaufenden Prozesse während der Reaktionen, des Umsatzes sowie der Materialparameter gewonnen. Schlussendlich wird in der vorliegenden Arbeit gezeigt, dass Harzsysteme mit biobasierten Komponenten eine echte Alternative zu rein petrochemischen Produkten darstellen und damit der ökologische Fußabdruck des Bausektors an dieser Stelle verringert werden kann.:Danksagung I Inhaltsverzeichnis III Abkürzungsverzeichnis VI 1 Einleitung und Motivation 1 2 Theoretische Grundlagen 7 2.1 Polymere Netzwerke 7 2.1.1 Einteilung von polymeren Netzwerken 7 2.1.2 Reaktionsmechanismen 8 2.2 Reaktionsharze 10 2.2.1 Radikalische Polymerisation 11 2.2.2 Initiatorsysteme 12 2.2.3 Inhibitoren und Stabilisatoren 14 2.3 Reaktionskinetik 14 2.4 Biobasierte Monomere 18 2.4.1 Nachhaltige Reaktivverdünner 19 2.4.2 Biobasierte Harze 20 2.4.3 Biobasierte Verbindungen zur Funktionalisierung 25 2.5 Analytische Methoden 26 2.5.1 Methoden zur Reaktionsverfolgung 27 2.5.1.1 Umsatzverfolgung mit Nah-Infrarotspektroskopie (NIR) 27 2.5.1.2 Rheologische Untersuchungen 28 2.5.1.3 Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) 30 2.5.2 Charakterisierung der polymeren Netzwerke 31 2.5.2.1 DSC 32 2.5.2.2 Dynamisch-mechanisch thermische Analyse (DMTA) 32 2.5.2.3 Quellversuche 34 2.6 Statistisches Versuchsdesign 34 3 Zielstellung 42 4 Ergebnisse und Diskussion 43 4.1 Modellharzsystem 43 4.1.1 Methacrylatbasierte Harzmischung 44 4.1.1.1 Entwicklung einer Harzmischung und reproduzierbarer Analysen 45 4.1.1.2 Das 2K-Modellharzsystem als Referenz 52 4.1.2 Reaktionsverfolgung und Charakterisierung 53 4.1.2.1 NIR 53 4.1.2.2 DSC 55 4.1.2.3 Rheologie 57 4.1.2.4 DMTA 57 4.1.2.5 Quellversuche 58 4.2 Auswertung des statistischen Versuchsdesigns 60 4.2.1 Monitoring der Härtungsreaktion 63 4.2.1.1 Bewertung des Regressionsmodells 63 4.2.1.2 Betrachtung der Reaktionszeit 65 4.2.1.3 Einfluss der Harzvariation auf den Reaktionsumsatz 68 4.2.2 Materialeigenschaften der gehärteten Harzproben 70 4.2.2.1 Quellungsgrade der Harzvariationen 71 4.2.2.2 Speichermodul 73 4.2.2.3 Betrachtung der Glasübergangstemperatur 75 4.2.3 Schlussfolgerungen zum statistischen Versuchsdesign 77 4.3 Harzmischungen mit biobasierten Strukturen 79 4.3.1 Synthesestrategien zur Darstellung biobasierter Monomere 79 4.3.1.1 Biobasierte Vernetzerstrukturen 80 4.3.1.2 Biobasierte Harzstrukturen 81 4.3.2 Vergleich der Reaktions- und Materialeigenschaften zum 2K Modellsystem 84 4.3.2.1 Eigenschaften der Harzsysteme mit biobasierten Vernetzern 85 4.3.2.2 Eigenschaften der Harzsysteme mit biobasierten Harzgrundkörpern 91 5 Zusammenfassung und Ausblick 100 6 Experimenteller Teil 108 6.1 Methoden 108 6.1.1 DMTA 108 6.1.2 DSC 108 6.1.3 NIR 108 6.1.4 NMR 109 6.1.5 Rheologie 109 6.1.6 Quellversuche 109 6.2 Materialien 110 6.3 Monomersynthese aus biobasierten Strukturen 112 6.3.1 Vernetzer 112 6.3.1.1 1,5-Pentandioldimethacrylat 112 6.3.1.2 1,4-Pentandioldimethacrylat 113 6.3.1.3 1,3- Propandioldimethacrylat 114 6.3.2 Harze 115 6.3.2.1 GalX-Me-DMA 115 6.3.2.2 GalX-DMA 116 6.3.2.3 Betu-DMA 118 6.4 2K-Harzsystem 119 6.4.1 Komponente A 119 6.4.2 Komponente B 120 6.4.3 Härtung des 2K-Harzsystems 120 6.5 Zusammensetzungen der Harzvariationen 121 6.5.1 DOE Harzmischungen 121 6.5.2 Harzmischungen mit biobasierten Monomeren 121 6.5.2.1 Mit biobasierten Vernetzern 122 6.5.2.2 Mit biobasierten Harzgrundkörpern 122 Literaturverzeichnis 123 Anhang 134 Liste der Veröffentlichungen 177 Versicherung 178

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”Durable water repellents (DWR) är textilimpregneringar som bidrar med vattenavvisande egenskaper som håller länge på funktionella tyg. Tyvärr är dessa hydrofobiska ytbehandlingar vanligtvis en källa till skadliga och persistenta kemikalier och de även är producerade från fossilbaserade resurser. Eftersom medvetenheten kring de här problemen har ökat, har innovativa, miljövänliga och biologiskt nedbrytbara alternativ tagits fram. Hittills finns dock inga produkter gjorda av 100% förnybara råvaror. I ett försök att utveckla en biobaserad, icke-giftig DWR som aktiveras under milda förhållanden, lades fokus på utveckling av en lagringsstabil sprayimpregneringsprodukt för hemmabruk. Vid formulering av emulsionerna/dispersionerna utvärderades en stor mängd biobaserade och kommersiellt tillgängliga hydrofobiska och amfifila molekyler med avseende den vattenavvisande effekt som de bidrog med på den behandlade textilen. Samtidigt bedömdes de producerade formuleringarna noggrant för att skapa förståelse om effekterna från ingredienserna och deras relation till produktens stabilitet. De kandidatprodukter som valdes ut och undersöktes vidare hade lovande vattenavvisande egenskaper och visade rimlig hållbarhetstid på åtminstone en månad i 40 °C. Standardiserade sprayscores på 3 (där 1 är sämst och 5 är bäst) nåddes efter 24 timmars hängtorkning i rumstemperatur. Dessutom uppnåddes sprayscore på 5 efter en kort, icke-industriell torktumling på låg temperatur och den behölls efter minst tio tvättar på syntetiska textiler. Utvalda produkter påverkade inte märkbart tygets andningsförmåga och majoriteten hade ingen influens på textilens mjukhet och färg. Förutom uppskalningsexperiment och partikelstorleksmätningar, granskades resultat med en tillämpningsstudie av formuleringarna på femton olika tygtyper. Produkternas effekter på utseende och känsla dokumenterades för de olika textilierna. Egenskaper som kontaktvinklar, sprayscores och tvättbeständighet bestämdes och jämfördes med en kommersiellt tillgänglig produkt. / Durable water repellents (DWR) are textile finishes that provide long-lasting water repelling properties to functional garments. However, these hydrophobic finishes are commonly a source of polluting and persistent chemicals and are produced from fossil resources. As a result of increasing awareness, innovation towards environmentally friendly and biodegradable alternatives has progressed, yet no 100% renewable sourced products are available. In an attempt to create a bio-based, non-toxic DWR, that is curable under mild conditions, focus was put on the development of a shelf stable spray impregnation product intended for consumer use. By formulating dispersion/emulsion systems, a wide variety of commercially available, renewable sourced amphiphilic and hydrophobic molecules were evaluated on their effect on the water repelling performance of treated textile fabrics. Simultaneously, the produced systems were assessed carefully to create understanding on the effect of substances and their corresponding ratios on the stability. Promising candidate products that were selected for further investigation showed reasonable stability for 1 month at 40 °C. Industrial standard spray ratings of 3 (where 1 is worst and 5 is best) after hang drying at room temperature could be reached within 24 hours. On top of that, spray ratings of 5 could be reached after short time, non-industrial tumble drying at low temperatures, which could even be retained for at least ten laundering cycles on synthetic textiles. The selected finishes did not have a measurable effect on the breathability of the treated fabrics, while the majority did not considerably affect the hands-feeling or colour of the textiles. Besides several scaling up experiments and particle size measurements, extrapolation of the findings was carried out by testing the developed formulations on fifteen different types of textiles. Effects on appearance and feel were documented, additionally, contact angle, spray score, and wash durability were determined and compared with a commercially available product.

Polymeric composites reinforced with bio-materials have advantages over composites with synthetic reinforcements. Bio-based composites use low-cost and renewable reinforcements, have nonabrasive properties for machining, have improved damping characteristics, and have potential for energy recycling. However, the limited use of bio-based composites is because their mechanical properties are typically much lower than those of synthetic composites. The objective of this study was to combine state-of-the-art imaging tools with emerging numerical modeling methods for an integrated, multi-level characterization of bio-based reinforcements and their composites. Digital photography (2D) will allow collection of full-field digital images of the surface of sample composites, which will be used for characterization of the morphological structure of fillers (copper wire or wood particle) and of model composites. Mechanical experiments (tension load) on isolated fillers and on model composites will allow imaging of the deformed material. By correlating relative positions of thousands of surface features between consecutive images, digital image correlation (DIC) algorithms can be used to map surface deformation fields and calculate surface strain fields. Digital imaging methods can only record deformations and strains. The interpretation of those strains in terms of material properties, such as position-dependent modulus of a heterogeneous composite material, requires simultaneous modeling. The modeling must use morphology-based methods that can handle anisotropy, heterogeneity, and the complex structure of bio-based composites such as wood plastic composites. This research used the material point method (MPM) as a modeling tool. MPM is a particle-based, meshless method for solving problems in computational mechanics. The crucial advantage of MPM over other methods is the relative ease of translating pixels from digital images into material points in the analysis. Thus digital images (2D) used in our experiments were used as direct input to the MPM software, so that the actual morphologies, rather than idealized geometries, were modeled. This procedure removes typical uncertainties connected with idealization of the internal features of modeled materials. It also removes variability of specimen to specimen due to morphology variations. Full-field imaging techniques and computer modeling methods for analysis of complex materials have developed independently. This research Coupled imaging and modeling and used inverse problem methodology for studying bio-particulate composites. The potential of coupling experiments with morphology-based modeling is a relatively new area. This work studied the morphology and mechanical properties of copper wire (for validation experiments) and wood particles used for reinforcement in polymer composites. The goal was to determine the in situ mechanical and interfacial properties of copper wire and then wood particles. By comparison of DIC results to MPM, the conclusion is MPM simulation works well by simulating 3D composite structure and using Matlab software to do qualitative and quantitative comparisons. Copper validation tests showed that copper wire is too stiff compared to polymer such that the inclusion modulus had low effect on the surface strains (DIC experimental results). Wood particle worked better because modulus of wood is much lower than copper. By qualitative comparison of the wood particle specimens, we could deduce that the in situ properties of wood particles are lower than bulk wood. Quantitative analysis concentrated on small area and got more exact results. In a 90 degree particle quantitative study, MPM simulations were shown to be capable of tracking the structure of wood particle plastic, which involved failure. The entire approach, however, is not very robust. We can get some results for mechanical properties, but it does not seem possible to extract all anisotropic properties from a few DIC tests, as some researcher have suggested. / Graduation date: 2012