InledningImplantatbehandlingar har blivit allt vanligare och material som associeras med implantat är oftast dentalt titan och dentala keramer. Även kompositmaterial förknippas ibland med implantat. Det är inte helt ovanligt att kompositmaterial förekommer vid submukösa implantatbehandlingar och få studier är hittills gjorda på kompositmaterials cytotoxiska påverkan på omkringliggande vävnad. Material och metodSammanlagt tillverkades 24 stycken provkroppar till studien av två kompositmaterial (Crea.lign och SinfonyTM) och ett fältspatsporslin (Noritake). Tre provkroppar av varje material ytanalyserades med hjälp av optisk interferometri. En provkropp av varje material användes till pilotstudien och resterande provkroppar utsattes för två olika cellodlingsmetoder: Live/dead-metod och FISH-fluorescence in situ hybridization. Orala bakterier som användes i studien var Streptococcus oralis, Fusobacterium nucleatum och Actinomyses naeslundii, vilka odlades i en respektive sju dagar. Samtliga provkroppar autoklaverades före cellodlingen. Cellerna analyserades i mikroskop och värdena som framkom omvandlades till diagram och 3D-bilder. Resultaten jämfördes genom en statistisk analys med hjälp av two-way ANOVA, där signifikansnivån sattes till p=0,05.ResultatSamtliga celler var vid liv på samtliga provkroppsytor efter en respektive sju dagars cellodling, och en signifikant skillnad förelåg i % yttäckning av celler på provkropparna. Fältspatsporslin uppvisade en signifikant lägre yttäckning av celler med FISH-metoden, i jämförelse med kompositmaterialen. Med avseende på biofilmen, kunde det konstateras att detachment (lossning av celler från ytan) förelåg på samtliga provkroppar efter sju dagars cellodling.SyfteSyftet med föreliggande studie var att undersöka (a) tre olika bakteriearters adhesion och koloniseringsförmåga (b) på fältspatsporslin och två olika kompositmaterial, materialens toxiska påverkan på de olika bakterierna samt (c) om materialens ytstruktur påverkar bakteriernas adhesion.

Solar sails are an innovative propulsion mechanism for space exploration, harnessing the momentum of photons from the Sun to propel spacecraft. As material science advances and launch costs continue to fall, opportunities utilising the novel characteristics of solar sails become more and more feasible. Due to the inherit connection between mass and acceleration, it is of great importance to reduce mass to gain acceleration. This thesis investigates the structure of solar sails and provides an analysis of the forces they encounter. The study examines the forces acting on circular solar sails in space, as well as the unique challenges they face on Earth and during the launch phase. The membrane and supporting composite structure is analysed using mathematical models in MATLAB in order to develop and optimize structures for strength and reduced mass. Dimensioning forces were found and a preliminary structure discussed. By understanding these forces, it is possible to optimize the design and deployment of solar sails, paving the way for more efficient space missions. / Solsegel är en innovativ framdrivningsmekanism för rymdforskning som utnyttjar fotoners rörelsemängd från solen fotoner för att driva rymdfarkoster. I takt med att materialvetenskapen utvecklas och uppskjutningskostnader fortsätter att sjunka, blir möjligheterna att anv¨anda solsegels unika egenskaper alltmer genomförbara. På grund av det naturliga sambandet mellan massa och acceleration är det av stor vikt att minska massan för att öka accelerationen. Detta examensarbete undersöker strukturen hos solsegel och ger en analys av de krafter de utsätts för i olika stadier under dess livscykel. Studien granskar de krafter som verkar på seglen i rymden, samt de unika utmaningar de står inför på jorden och under uppskjutningsfasen. Membranet och den stödjande kompositstrukturen analyseras med hjälp av modeller i MATLAB för att utveckla och optimera strukturer med avseende pästyrka och vikt. Genom att förstå dessa krafter är det möjligt att optimera utformningen och utplaceringen av solsegel, vilket banar väg för allt mer effektiva och unika rymduppdrag.

Poly(3,4-ethylenedioxythiophene), PEDOT, belongs to the group of conducting polymers and is characterized by its high stability, a moderate band gap and its optical transparency in the conductive state. A large disadvantage of conducting polymers, and also PEDOT, is their poor solubility. One way to achieve processible materials is the synthesis of colloidal particles. Thus, this work focuses on the development of conductive particles by preparing composite structures. Polymeric colloids like latex particles and microgels were used as templates for the oxidative polymerization of EDOT. Depending on template structure completely different composite morphologies with variable properties were obtained. It was found that modification with PEDOT did not only cause conductive particles for application as humidity sensor materials, but also candidates for further functionalization with gold nanoparticles (Au-NPs). Due to a multi-stage synthesis route it was possible to achieve polystyrene(core)-PEDOT(shell)-particles decored with Au-NPs. Microgels acting as “micro reactors” for the incorporation of PEDOT and Au-NPs were also used for preparing multifunctional composites for catalytic applications. / Poly(3,4-ethylendioxythiophen), PEDOT, gehört zur Gruppe der leitfähigen Polymere und zeichnet sich durch seine hohe Stabilität, eine moderate Bandlücke und seine optische Transparenz im dotierten Zustand aus. Ein Nachteil leitfähiger Polymere, wie auch von PEDOT, ist deren schlechte Löslichkeit. Die Synthese kolloidaler Partikel bietet jedoch eine Möglichkeit dieses Problem zu umgehen. In diesem Zusammenhang richtete sich der Fokus dieser Arbeit auf die Darstellung leitfähiger Partikel in Form von Kompositstrukturen. Polymerkolloide, wie Latex- und Mikrogelpartikel, sind als Template eingesetzt worden, in deren Gegenwart PEDOT durch eine oxidative Polymerisation synthetisiert wurde. In Abhängigkeit von der Struktur des Templats sind unterschiedliche Kompositmorphologien mit steuerbaren Eigenschaften erhalten worden. Auf diese Weise wurden neben Materialien für die Feuchtigkeitssensorik leitfähige Kompositpartikel hergestellt, die zusätzlich mit Gold-Nanopartikeln (Au-NP) funktionalisiert werden konnten. Durch ein mehrstufiges Syntheseverfahren sind somit Polystyrol(Kern)-PEDOT(Schale)-Partikel mit Au-NP-funktionalisierter Oberfläche synthetisiert worden. Mikrogelpartikel, die als „Mikroreaktoren“ für die Inkorporation von PEDOT- und Au-NP dienten, wurden ebenfalls eingesetzt, um multifunktionale Komposite mit katalytischen Eigenschaften herzustellen.

This research is focused on preparation of polypyrrole (PPy) composite particles by using socalled template oxidative polymerization method. As a template, water-soluble polymers, polymeric microgels, latex particles or bulk gels can be used. The morphology and properties of the composite particles can be controlled effectively by the proper use of the template. By choosing the dopant anion or oxidation agent it is possible to vary the conductivity of the polymer. In the case when uncrosslinked PVME was used as stabilizer, core-type polypyrrole spherical particles in the range of 50-100 nm were formed in both aqueous ethanol and water. Results of the elementary analysis, IR spectroscopy confirmed that the anionic salts can be incorporated in the PPy particles and play as the dopants. The presence of dopants in polypyrrole enhances the conductivity, especially in the case of sodium benzoate the conductivity of the final product has been improved by 3 orders. Polymeric microgels were also applied as the templates for polypyrrole deposition. When crosslinked PVME microgels were used in the oxidation polymerization of pyrrole, large PPy fibrils (appr. 400nm) were formed. Needle-like particles were formed due to the porous structure of microgels, which play a template role in the pyrrole polymerization process. When poly(VCL/AAEM) microgels were used as a template for oxidative polymerization of pyrrole, "raspberry-like" composite particles will be formed with PPy domains located in swollen hydropholic particle shell. Obtained stable composite microgels show similar thermal sensitivity as poly(VCL/AAEM) particles with fully reversible collapse-swelling properties. Increase of PPy content in composite particles increases conductivity of the composite material. The conductivity of composite particles prepared in water was much higher than that of prepared in water : ethanol mixtures. Furthermore, monodisperse PS-PEGMA particles, which were prepared in water medium by polymerization with sodium peroxydisulfate have been used as a template for deposition of polypyrrole (PPy). Obtained composite particles possess core-shell morphology where shell is composed out of small PPy nano-domains. The shell thickness can be varied by changing PPy load, controlling the overall template surface area in the system, and by influencing the pyrrole polymerization kinetics in presence of different oxidants. The last possibility provides also incorporation of different anions into polypyrrole shell. The stability of composite particles decreases gradually if the deposited PPy amount increases. It has been established that obtained particles are intrinsically coloured and the colour can be changed by the PS-PEGMA core size. Conductivity measurement shows that PS/PEGMA/PPy composite particles prepared by using phosphomolybdate as the oxidant are much more conductive than the particles prepared by the other two oxidants. The conductivity increases with the increase of PPy load in the system. Overall, the proper design of the template should give a possibility to control effectively the morphology, particle size and provide sufficient stability to the composite particles. Different morphologies, such as spherical, core-shell, raspberry and needle-like, with different particle size are expected to be available in different cases. By choosing the dopant anion or oxidation agent it is possible to vary the conductivity of the polymer. The stable water-based dispersions are expected to be used as additives for paint formulations, in electrorheology, microelectronic, ion-separation or disease diagnostics.

Die vorliegende Arbeit beschreibt verschiedene Synthesewege zur Oberflächenmodifizierung silikatischer Partikel mit 1,3-Divinylimidazolidin-2-on (Bisvinylethylenharnstoff, BVH) und Vinylformamid (VFA), z. B. radikalische Pfropfpolymerisationen („grafting from/to“) und radikalisch vernetzende Copolymerisation von VFA mit BVH. Es werden Versuche zur sauren Verseifung der Formamidgruppen und zur Charakterisierung der gebildeten Polyvinylamin (PVAm)/Kieselgel Hybridmaterialien vorgestellt. Die Eigenschaften der PVAm/Kieselgel Hybridmaterialien sind je nach zugrundeliegendem Polymerisationsprozeß verschieden und werden mittels 13 C{1 H}-CP-MAS-NMR-Spektroskopie, Zetapotentialmessungen, SANS, Quelltests und rheologischen Methoden untersucht. Die kationische Oberflächenpolymerisation von BVH unter Verwendung des Initiatorsystems Triphenylmethylchlorid/Kieselgel wird ausführlich erläutert. Die Struktur der resultierenden Hybridmaterialien wird mittels quantitativer Elementaranalyse, 13 C{1 H}-CP-MAS-NMR-, DRIFT- und ESCA- Spektroskopie, sowie TGA und Zetapotentialmessungen untersucht. Die Anwendung der Poly-BVH/KG Hybridmaterialien zur Adsorption von Schwermetallsalzen wird am Beispiel der Adsorption von CuCl2, CoCl2, CoI2 und FeCl3 beschrieben. Dabei werden der Einfluß des Polymergehaltes der Hybride und des Metallanions auf die adsorbierte Sättigungsstoffmenge diskutiert. Eine quantitative Beschreibung der Adsorption nach dem LANGMUIR-Modell wird gegeben, welche in einem Vorschlag für die Wechselwirkung zwischen Hybridmaterial und Metallsalz mündet. Mit der Adsorption von Goldnanoclustern an Poly-BVH/Kieselgel Hybriden wird eine weitere Möglichkeit der Modifizierung und des Aufbaus von funktionellen Multischichtsystemen vorgestellt.

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Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung bisher bekannter Methoden der Erzeugung von Kompositmaterialien. Bisherige Methoden wie der Sol-Gel-Prozess und der Einsatz von Hybridmonomeren dienten als Ausgangsbasis der Forschung und das Ziel bestand in der Entwicklung eines neuen Prozesses der frei von den Nachteilen der bekannten Methoden ist und dennoch Komposite gleicher oder besserer Qualität (Mikrostruktur) liefert. Nach theoretischer Vorbetrachtung konnte das neue Prinzip der ‚Zwillingspolymerisation’ – bei der spezielle Hybridmonomere mit besonderer Reaktivität zum Einsatz kommen – praktisch realisiert und noch verbessert werden. Die Herausforderung bestand demnach in der genauen Analyse des Mechanismusses der Zwillingspolymerisation und dessen weitere Verbesserung. Dies geschah durch die Synthese von neuen angepassten ‚Zwillingsmonomeren’, die einem abgewandelten Reaktionsweg folgen. Im Mittelpunkt der Arbeit steht ein Monomer, das Silizium als Zentralatom trägt und zweifach chelatartig an 2-Hydroxybenzylalkohol verestert ist. Durch Einstellung der Reaktionsparameter konnten nun Nanokompositmaterialien erzeugt werden, dessen Einzelphasen Phenolharz und SiO2 sind. Neben der Analytik und Beschreibung dieser Kompositmaterialien wird die Möglichkeit der Umwandlung in mikroporöse Materialien dargestellt. Ein weiterer Anspruch der Arbeit bestand in der Aufklärung des Polymerisationsmechanismus durch theoretische Vorbetrachtungen, computergestützte Rechnungen sowie durch genaue Produktanalysen und Abfangreaktionen.

Für die Behandlung von Knochendefekten unterschiedlicher Defektgeometrien besteht ein zunehmender Bedarf an geeigneten in-situ aushärtbaren Knochenersatzmaterialien, die nach Auffüllung des Defektes formstabil, biokompatibel, mechanisch hinreichend belastbar und biodegradierbar sind. In der vorliegenden Arbeit wurden kompakte und poröse, in-situ härtende Polymer/Apatit-Kompositmaterialien auf Basis eines hydrolytisch degradierbaren Methacrylatmakromers und nanokristallinen Apatiten hergestellt. Die entwickelten Makromer/Apatit-Gemische sind bis zur vollständigen Polymerisation des Makromers von pastöser Konsistenz und können in variable Geometrien verarbeitet werden. Durch Variation der Gemischzusammensetzung können die Verarbeitungszeiten und mechanischen Eigenschaften der Komposite gezielt eingestellt werden. Die In-vitro-Kultivierungen von MC3T3-E1-Zellen auf den Kompositen zeigen, dass die Komposite nach geeigneten Nachbehandlungsschritten cytokompatibel und vielversprechende Materialien zur Auffüllung von Knochendefekten sind.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung bisher bekannter Methoden der Erzeugung von Kompositmaterialien. Bisherige Methoden wie der Sol-Gel-Prozess und der Einsatz von Hybridmonomeren dienten als Ausgangsbasis der Forschung und das Ziel bestand in der Entwicklung eines neuen Prozesses, der frei von den Nachteilen der bekannten Methoden ist und dennoch Komposite gleicher oder besserer Qualität (Mikrostruktur) liefert. Nach theoretischer Vorbetrachtung konnte das neue Prinzip der ‚Zwillingspolymerisation’ – bei der spezielle Hybridmonomere mit besonderer Reaktivität zum Einsatz kommen – praktisch realisiert und noch verbessert werden. Die Herausforderung bestand demnach in der genauen Analyse des Mechanismusses der Zwillingspolymerisation und dessen weitere Verbesserung. Dies geschah durch die Synthese von neuen angepassten ‚Zwillingsmonomeren’, die einem abgewandelten Reaktionsweg folgen. Im Mittelpunkt der Arbeit steht ein Monomer, das Silizium als Zentralatom trägt, welches zweifach chelatartig mit 2-Hydroxybenzylalkohol verestert wurde. Durch Einstellung der Reaktionsparameter konnten nun Nanokompositmaterialien erzeugt werden, dessen Einzelphasen Phenolharz- und SiO2-Abarten sind. Neben der Analytik und Beschreibung dieser Kompositmaterialien wird die Möglichkeit der Umwandlung in mikroporöse Materialien dargestellt. Ein weiterer Anspruch der Arbeit bestand in der Aufklärung des Polymerisationsmechanismusses durch theoretische Vorbetrachtungen, computergestützte Rechnungen sowie durch genaue Produktanalysen und Abfangreaktionen.

Under de senaste åren, på grund av överanvändningen av icke förnybara resurser har den ekologiska miljön på jorden påverkats allvarligt. I takt med detta ökade oron bland människor om att resurserna skulle ta slut. Därför är det nödvändigt att utveckla och använda mer miljövänliga förnybara resurser. Ett av dessa alternativ är cellulosabaserat material, vilket är ett utmärkt val. Vanligtvis består cellulosabaserat material av ett förstärkande material (cellulosafiber) och en matris (polymer eller metall). Dock bör kompatibiliteten mellan cellulosamaterialet och polymermatrisen ses över, eftersom generellt är kompatibiliteten mellan de låg. I detta projekt studerades olika metoder för att förbättra kompatibiliteten mellan cellulosamaterialet och polymermatrisen. Två cellulosamaterial (mikrokristallin cellulosa (MCC) och cellulosaoxalat (COX)) behandlades med olika modifieringsmetoder för att förbättra kompatibiliteten och gränssnittsinteraktionen mellan materialen. För att modifiera MCC och COX användes bland annat kulmalning, vatten som dispergeringsmedel, förestring av cellulosafibrerna med oljesyra under olika reaktionstider (6, 18, respektive 48 timmar), samt att tillsätta ett kompatibiliseringsmedel, maleinsyraanhydrid-ympad polypropylen (MAPP), i olika halter (1% respektive 2%). För att framställa kompositproverna användes extrudering och formsprutning. Dragprovning genomfördes för att testa de mekaniska egenskaperna hos proverna. Ytterligare karakteriseringsanalyser som utfördes på de olika cellulosapulvren var kontaktvinkeln (CA), svepelektronmikroskopi (SEM), infrarödspektroskopi (FTIR), och röntgendiffraktion (XRD). Resultatet från dragprovningen visade att COX-proverna med 1% MAPP som kompatibilisator gav den högsta draghållfastheten och Youngs modul av alla kompositproverna som producerades i detta exjobb. Användningen av MAPP som kompatibiliseringsmedel visade ett bättre resultat än de andra undersökta metoderna för att förbättra kompatibiliteten mellan den hydrofila ytan på MCC/COX och den hydrofoba ytan på polymermatrisen. Att använda MAPP som kompatibilisator bör prioriteras vid tillverkningen av kompositmaterial. / In recent years, with the excessive use of non-renewable resources on the earth, the ecological environment has been seriously affected. At the same time, humans began to worry about running out of resources. Therefore, it is necessary to develop environmentally friendly renewable resources. Cellulose-based material is an excellent choice. Commonly, cellulose-based material consists of reinforcement (cellulose fiber) and matrix (polymer or metal). However, the compatibility between cellulosic material and polymer matrix should be considered. In general, the compatibility between them is poor. In this project, several methods to improve the compatibility between the cellulose material and polymer matrix were studied. Two cellulosic materials (microcrystalline cellulose (MCC) and cellulose oxalate (COX)) were treated with different modification methods to improve the compatibility and interfacial interaction between the cellulosic material and polymer matrix. Ball milling, using water as a dispersing agent, using oleic acid to esterify cellulose fiber for different reaction times (6 h, 18 h, and 48 h), and using different concentrations (1% and 2%) of maleic anhydride grafted polypropylene (MAPP) as compatibilizers were applied to improve the compatibility between cellulose fiber and polymer matrix.  To produce the composite specimens, extrusion and injection molding were utilized. Tensile testing was done to test the mechanical properties of the specimens. Contact angle (CA), scanning electron microscope (SEM), Fourier Infrared Spectrometer (FTIR), X-ray diffraction (XRD) were also performed on the various cellulose powders as characterization methods. According to the result of tensile testing, COX samples with 1% MAPP as compatibilizer, showed the highest tensile strength and Young’s modulus of all the composite samples produced in this master thesis. Using MAPP as a compatibilizer shows a better result than using other methods to improve the compatibility between hydrophilic MCC/COX surface and hydrophobic PP matrix. The use of MAPP as a compatibilizer should be prioritized when producing composite materials.