No description available.

No description available.

Studien behandlar möjligheten att konstruera en kemiskupplösbar eller nedbrytbarsytråd. Tanken är att sytråden ska underlätta separation av olika material, genom ett mer tidseffektiv sprättningssystem. Valt namn i denna studie för denna funktion är kemisksprättning. Genom litteraturstudier har kunskaper om; processer som våtspinning, stapelgarnsspinning, konstruktionskriterier för sytrådar, egenskaper för kitosanfibrer, katalysering med enzym och upplösning genom protolys hämtats. Praktiska labbförsök för torr- våtspinning av kitosan utförs. De spunna fibrerna karakteriserades genom dragprovning och termogravimetrisk analys. Upplösning av den spunna fibern utförs i en låg koncentrerad ättiksyralösning. Resultaten från de praktiska försöken visar att de spunna kitosanfibrerna inte uppfyllde de krav på mekaniska egenskaperna som ställs på sytrådar. Däremot kunde en snabb upplösning av fiberna i ättiksyra noteras. Enligt den studerade litteraturen går det att uppnå de mekaniska egenskaper som krävs för att spinna sytråd från kitosan. Däremot är det inte möjligt att erhålla lika hög brottstyrka som en universalsytråd. / Program: Textilingenjörsutbildningen

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.

During the global pandemic of coronavirus, the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) outbreak, the world was desperately searching for simpler yet more effective solutions to stop the spread of coronavirus (COVID-19). Since no one was prepared for the fast spread of such a contagious virus, there was a shortage of proper protective solutions to stop the spread. Large quantities of alcohol-based disinfectant and hand sanitizers were used, but it led to global shortages. It is desired to have a water-based, easily applied, low-cost and long-lasting disinfectant that can prevent the spread of coronavirus on any surface, without the issue of skin allergies or skin-drying as often found while using alcohol. Inspired by nature, chitosan (CS), a natural biopolymer with well-known antimicrobial and film-forming properties, was tested in this study for the preparation of coatings spread onto various surfaces and the antiviral effect was evaluated. Zinc oxide (ZnO), a material generally recognized as safe (GRAS) by the US Food and Drug Administration (FDA), is a photocatalyst that was embedded in chitosan to enhance the antimicrobial and antiviral performance of the coatings. In order to apply water-based chitosan formulation on hydrophobic polypropylene (PP) surgical mask and polyethylene terephthalate (PET) surface, the plastics were treated with either oxygen plasma or corona plasma to improve the surface hydrophilicity. The corona plasma treatment decreased the water contact angle (WCA) of the surgical mask from approximately 125° to 101° and drastically reduced WCA of the PET film from approximately 100° to 29°. The PET film was coated with CS – ZnO nanocomposite, which contains 1% chitosan and 5 wt.% (w.r.t weight of chitosan) ZnO nanoparticles. The capability of photocatalytic degradation of CS – ZnO coating was demonstrated during the degradation of methylene blue dye molecules. Additionally, we evaluated the antiviral effect of the CS – ZnO nanocomposite coating on PET plastic films under typical room lighting conditions by measuring the inactivation of lentivirus. This approach utilizes the pseudotype system, which is a reliable tool to study under conventional biosafety conditions, particularly for certain pathogenic strains of coronaviruses (CoVs) which have a strong pathogenicity. / Under den globala coronapandemin, utbrottet av allvarligt akut respiratoriskt syndrom coronavirus 2 (SARS-CoV-2), sökte världen desperat efter enklare men ändå mer effektiva lösningar för att stoppa spridningen av coronaviruset (COVID-19). Eftersom ingen var förberedd på en så smittsam sjukdom uppstod en brist på lämpliga skyddsmetoder för att stoppa spridningen. Stora mängder alkoholbaserade desinfektionsmedel och handdesinfektionsmedel användes, vilket skapade en global brist. Det önskades en vattenbaserad, lättapplicerad, kostnadseffektiv och långvarig desinfektionsmedel som kunde förhindra spridningen av coronaviruset på vilken yta som helst, utan problem med allergiska reaktioner eller uttorkning av huden som ofta uppstår vid användning av alkohol. Med inspiration från naturen testades kitosan, en naturlig biopolymer med välkända antimikrobiella och film-formande egenskaper, för att göra beläggningar på olika ytor och testa deras antivirala effekt. Zinkoxid (ZnO), ett material som allmänt erkänns som säkert (GRAS) av US Food and Drug Administration (FDA), är en fotokatalysator och användes i kitosanbeläggningen för att förbättra den antimikrobiella och antivirala effekten. För att applicera den vattenbaserade kitosanformuleringen på hydrofoba ytor på en kirurgisk mask av polypropen (PP) och en plastfilm av polyetylentereftalat (PET), behandlades plasterna med antingen O2 eller corona plasma för att förbättra ytornas hydrofilicitet. Behandlingen av corona plasma minskade vattenkontaktvinkeln på den kirurgiska masken från cirka 125° till 101° och för PET-filmen från cirka 100° till 29°. PET-filmen belades med CS – ZnO nanokomposit, som innehåller 1% kitosan och 5 wt.% (med avseende på vikten av kitosan) ZnO nanopartiklar. Förmågan till fotokatalytisk nedbrytning av CS – ZnO-beläggningen demonstrerades genom att bryta ned metylenblå färgmolekyler. Dessutom utvärderades vi den antivirala effekten av CS – ZnO nanokompositbeläggningen på PET-filmer i normal rumsbelysning genom att mäta dess förmåga att inaktivera lentivirus. Denna metod använder pseudotypsystemet, vilket är ett tillförlitligt verktyg för att studera under konventionella biosäkerhetsförhållanden, särskilt för vissa patogena stammar av coronavirusen (CoVs) som har en hög patogenicitet.

To produce a greener adhesive is always an issue of concern to the commercial market and global environment. The environmental request for producing greener and bio-based adhesives leads to an increased awareness of replacing fossil-based components in adhesives with bio-based alternatives. Consequently, many researchers try to graft polymers from natural materials and some achievements have been made. In this work, an improved procedure to graft vinyl acetate (VAc) from chitosan (CS) is proposed and significant improvements were made regarding the increased Tg and water resistance. The achieved monomer conversion of VAc was ~97 %, and it was confirmed that chitosan-graft-poly(vinyl acetate) (CS-g-PVAc) could be used as a wood adhesive. The adhesive exhibited competitive properties to commercial PVAc wood adhesive. In the produced CS-g-PVAc, ~17 % of the fossil-based content of VAc could be replaced with bio-based chitosan, indicating an increased sustainability. At the same time there is no residual monomer during pressing, which avoid to pollute environment and hurt human. Compared to commercial PVAc, which has Tg at ~28 ℃, the Tg of CS-g-PVAc is ~42 ℃ At the same time, the water resistance of PVAc adhesive was successfully increased.

In this thesis, bio-nanocomposites made from two alternative biopolymers and montmorillonite (Mnt) clay have been investigated by molecular modelling. These biopolymers are xyloglucan (XG) and chitosan (CHS), both of which are abundant, renewable, and cost-effective. After being reinforced by Mnt clay nanoparticles, the polymer nanocomposites gains in multifunctionality and in the possibility to register unique combinations of properties, like mechanical, biodegradable, electrical, thermal and gas barrier properties. I apply molecular dynamics (MD) simulations to study the interfacial mechanisms of the adhesion of these biopolymers to the Mnt nanoplatelets at an atomic level. For the XG-Mnt system, a strong binding affinity of XG to a fully hydrated Mnt interface was demonstrated. It was concluded that the dominant driving force for the interfacing is the enthalpy, i.e. the potential energy of the XG-Mnt interacting system. The adsorbed XG favors a flat conformation with a galactose residue in its side chain that facilitates the adsorption of the polymer to the nanoclay.  The XG adsorption was found do depend strongly on the hydration ability of counterions. The binding affinity of XG to Mnt was found to be strongest in the K-Mnt/XG system, followed by, in decreasing order, Na-Mnt/XG, Li-Mnt/XG, and Ca-Mnt/XG. The competing mechanism between ions, water and the XG in the interlayer region was shown to play an important role. The dimensional stability upon moisture exposure, i.e. the ability of a material to resist swelling, is an important parameter for biopolymer-clay nanocomposites. While pure clay swells significantly even at low hydration levels, it is here shown that for the XG-Mnt system, at a hydration level below 50%, the inter-lamellar spacing is well preserved, suggesting a stable material performance. However, at higher hydration levels, the XG-Mnt composite was found to exhibit swelling at the same rate as the pure hydrated Mnt clay. For the CHS-Mnt system, the significant electrostatic interactions from the direct charge-charge attraction between the polymer and the Mnt clay play a key role in the composite formation. Varying the degree of acetylation (DA) and the degree of protonation (DPr) resulted in different effects on the polymer-clay interaction. For the heavily acetylated CHS (DA &gt; 50%, also known as chitin), the strong adhesion of the neutral chitin to the Mnt clay was attributed to strong correlation between the acetyl functional groups and the counterions which act as an electrostatic “glue”. Similarly, the poor adhesion of the fully deprotonated (DPr = 0%) neutral CHS to the clay is attributed to a weak correlation between the amino functional group and the counterions. The stress-strain behavior of the CHS-Mnt composite shows that the mechanical properties are highly affected by the volume fraction of the Mnt clay and the degree of exfoliation of the composite. The material structure has a close relationship to the material properties. Biopolymer-clay nanocomposites hold a bright future to replace petroleum-derived polymer plastics and will become widely used in common life. The theme of the thesis is that further critical improvements of these materials can be accomplished by development of the experimental methods in conjunction with increased understanding of the interactions between polymer, clay, water, ions, solutions in the polymer-clay mixtures provided by molecular modelling. / I denna avhandling har molekylär modellering och molekyldynamisk (MD) simulering använts för att studera modellsystem för bio-nanokompositer bestående av montmorillonit-lera samt två olika sorters biopolymerer – xyloglukan (XG) och kitosan (CHS). Båda dessa polymerer är naturligt förekommande och mycket vanliga. De är dessutom förnyelsebara och kostnadseffektiva. Då polymererna förstärkts med nanopartiklar av montmorillonit får det resulterande kompositmaterialet en unik kombination av egenskaper såsom mekaniska, elektriska, termiska och barriär egenskaper etc. Genom att använda molekyldynamiska (MD) simuleringar, studeras här växelverkan mellan dessa biopolymerer och lernanopartiklar (Mnt) på grundläggande atomistisk detaljnivå. Mellan XG och Mnt i ett fullt hydrerat system kunde stark bindningsaffinitet påvisas. Den dominerande drivkraften för affiniteten var entalpi, d.v.s. potentiell växelverkansenergi. Den adsorberade XG-kedjan antar en platt konformation på ytan. Ett förslag utifrån simuleringsresultaten var att galaktosresidyn i xyloglukanets sidokedja underlättar adsorptionen till lerytan. Simuleringarna kunde också visa att adsorption av XG till Mnt beror starkt på motjonernas hydreringsförmåga. Bindningsaffiniteten mellan XG och Mnt var som starkast i K-Mnt/XG- systemet. Därefter följde, i minskande ordning, Na-Mnt/XG, Li-Mnt/XG och Ca-Mnt/XG. Det kunde visas att strukturen vid gränsytan styrs av konkurrerande mekanismer mellan joner, vatten och XG. Dimensionsstabilitet vid fuktexponering, d.v.s. förmågan hos ett material att motverka svällning, är en viktig egenskap för biopolymer-lernanokompositer. Ren lera sväller signifikant även vid låga fukthalter. Dock kunde MD simuleringar visa att ett modellsystem av XG-Mnt behåller sitt ursprungliga interlamellära avstånd vid hydreringsnivåer under 50%, vilket indikerar ett stabilare material. Vid högre hydrering uppmättes dock svällningen vara densamma som för ren lera. I CHS-Mnt-systemet visade det sig att direkt elektrostatisk växelverkan med signifikant styrka mellan laddningar på polymer och Mnt-yta spelar störst roll för kompositformeringen. Olika effekt på polymer-lerväxelverkan uppnåddes genom att variera acetyleringsgraden (DA) respektive protoneringsgraden (DPr). För den tungt acetylerade CHS-polymeren (DA &gt; 50%, även kallad kitin) visade sig den starka vidhäftningen bero på korrelation mellan acetylgrupperna och motjonerna som i sin tur verkade som ett elektrostatiskt “lim”. På liknande sätt kunde den svaga vidhäftningen mellan fullt deprotonerad (DPr = 0%) neutral CHS och lera förklaras med en betydligt svagare korrelation mellan aminogrupperna och motjonerna. Spänning-töjningsbeteendet hos CHS-Mnt modellen visar att dess mekaniska egenskaper beror kraftigt på volymsandelen Mnt och graden av exfoliering i kompositen. Materialets struktur är nära relaterat till materialegenskaperna. Framtiden för nanokompositer av biopolymerer och lera är ljus då de kan komma att ersätta oljebaserade plaster och användas frekvent i våra dagliga liv. Materialen kommer successivt förbättras genom utveckling av experimentella metoder i kombination med molekylmodellering för ökad förståelse för växelverkan mellan polymer, lera, vatten, joner och lösningsmedel. / 本论文利用分子动力学模拟技术研究了两种备选生物大分子与蒙脱土(Montmorillonite, Mnt)（一种粘土）组成的生物纳米复合材料，分别是木葡聚糖（Xyloglucan, XG）/蒙脱土和壳聚糖(Chitosan, CHS)/蒙脱土。木葡聚糖与壳聚糖都是自然界广泛存在的生物大分子，资源丰富且取材面宽，提取及加工成本低廉，加之可以生物降解并可再生，是优秀的生物复合材料备选原料。经过蒙脱土纳米颗粒加固后，这些基于生物大分子的复合材料将获得多功能且有多种独特特性相结合的优点，比如，更好的力学性能，生物可降解，良好的导电性能，传热性能和屏蔽气体与液体侵扰的能力等等。论文中，我们采用分子动力学模拟的方法着重对生物大分子与蒙脱土在界面上的粘附相互作用机理进行了深入探讨。  首先，对于木葡聚糖/蒙脱土纳米复合材料，我们发现糖分子与土分子间有着很强的天然亲和力。研究证明它们之间的这种相互作用，热焓是主要的推动力，也就是糖和土分子间的相互作用势能。含有半乳糖残基的木葡聚糖分子（本文中亦称天然木葡聚糖分子）吸附到粘土表面后，分子构型呈现扁平状，半乳糖残基似有辅助木葡聚糖大分子吸附到粘土颗粒上的作用。  进一步研究发现，木葡聚糖分子在粘土表面上的吸附与溶液中抗衡离子的水和作用密切相关。在钾离子平衡的糖/粘土系统中，糖分子与土分子的相互作用最强，钠离子平衡的糖/粘土系统次之，紧接着是锂离子平衡的糖/粘土系统，最弱的是钙离子平衡的糖/粘土系统。研究发现，离子，水分子，以及糖分子在粘土层间的竞争机制在糖分子的粘附过程中起着重要的作用。  材料暴露于潮湿环境中的尺寸稳定性，也就是材料抗肿胀的能力是生物大分子/蒙脱土所构成的复合材料的重要参数。蒙脱土自身即使在很低的潮湿环境下就会有明显地膨胀现象，然而，对木葡聚糖/蒙脱土复合材料来说，尺寸稳定性可以在水和值低于50%以下有效保存。其夹层尺寸的稳定保持暗示了材料在这个程度的潮湿环境下的稳定性。然而，当水和值高于50%时，木葡聚糖/蒙脱土复合材料将出现明显的肿胀现象，表现在夹层尺寸的明显增大，且其膨胀速率与粘土自身的膨胀速率逐渐趋于相当水平。  其次，对于壳聚糖/蒙脱土复合材料，我们发现由电荷-电荷间直接产生地强烈的静电吸引作用是壳聚糖分子与蒙脱土分子相互粘附并构成复合材料的关键因素。通过改变壳聚糖分子的乙酰化程度（Degree of acetylation, DA）和质子化程度(Degree of protonation, DPr)，糖分子与土分子的相互作用有着显著地不同。对于乙酰化程度（DA）高于50%的壳聚糖分子（亦成为甲壳素分子chitin, CHT），电中性的甲壳素分子与土分子间的强吸附作用源于乙酰基功能团与抗衡离子的强相关性。抗衡离子此时扮演着类似于“电子胶”的作用，可以有效地将电中性的甲壳素分子与土分子粘结在一起。类似地，当质子化程度最低时，亦即壳聚糖分子完全非质子化，即呈现电中性时，较差的糖/土吸附作用源于氨基功能团与抗衡离子的较弱的相关性。  进一步对壳聚糖/蒙脱土复合材料的分子系统进行应力应变计算发现，复合材料的力学性能直接受蒙脱土体积分数和其剥离程度的影响，通常，粘土的体积分数越大体系的力学性能越高，且剥离程度对材料的整体性能也有直接影响。因此，材料的结构与其性能的表征有着密切联系。  我们相信生物大分子与蒙脱土构成的生物复合材料有着光明的前景，可以取代石油提取物制成的塑料材料，并将能够广泛应用在日常生活中。通过实验技术的改善和应用分子模拟技术对复合材料体系中生物大分子，蒙脱土分子，水分子，离子，溶液环境等混合物质相互作用的理解增加，这种可再生的新材料将会得到重要改进，这也是整本论文的主旋律。 / <p>QC 20150520</p> / Bio-nanocomposites