Textilier med vatten- och smutsavvisande effekt fyller en viktig funktion inom många olika områden och branscher. Dock finns det flera allvarliga problem kopplat till produktionen och användningen utav dem. Per och polyfluoroalkylsubstanser (PFAS´s), användes länge för att erhålla den vattenavvisande effekten hos textilier. Sådana substanser har dock visat sig kunna brytas ned till persistenta miljö-och hälsoskadliga ämnen och därför omfattas de idag av både förbud och utfasningskrav i REACH, en förordning antagen för Europeiska unionen för att minimera risker kring miljö och hälsa. Trots att långa fluorerade alkylkedjor är förbjudna så används liknande men kortare alkylkedjor för att åstadkomma vattenavvisande effekt. Det finns även andra varianter på marknaden, men inga klarar att vara både slitage- och nötningståliga samt hälso- och miljöriskfria. I syfte att skapa nya hållbara alternativ är Swerea IVF del av ett projekt som syftar till att utveckla en lotusfiber. I en sådan fiber är förhoppningen att den vattenavvisande effekten skall kunna inkluderas redan under fiberspinning och på så vis resultera i mer slitagetåliga och miljövänliga textila produkter. Material med superhydrofoba ytor, så som lotusblads, har både en primär och sekundär grovlek. Därför krävs anpassning av både mikro- och nanostruktur när en sådan yta skapas. I detta examensarbete, som är en del av ovan nämnda projekt, har fokus legat vid nanostrukturen. Syftet har varit att undersöka om man kan påverka nanopartiklars dispersion i termoplastiska filament genom att modifiera dem så att de blir hydrofoba och termiskt stabila. Förhoppningen har varit att få nanopartiklarna att dispergera homogent ända ut till filamentens yta. Detta för att både ge filamentet en struktur och en potentiell sänkning av dess ytenergi. Projektet påbörjades genom litteraturstudier för att bestämma material och metoder för det experimentella arbetet. Som partikelsubstrat valdes sfäriska nanopartiklar av kiseldioxid, (AEROSIL® OX 50) med en medeldiameter av 40 nm. Som ytmodifierare valdes två typer av silaner med olika alkylkedjelängd, dels triklor(oktyl)silan och dels triklor(oktadekyl)silan. Två modifieringsreaktioner med varierande halt av ovan silaner utfördes för både typer, (6 resp. 20% (w/w) i 50 ml vattenfri toluen). Efter modifieringen analyserades nanopartiklarna genom karaktä- riseringsmetoderna: Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR, Termogravimetrisk analys, TGA, Differential Scanning Calorimetry, DSC och Kontaktvinkelmätning, (drop shape analysis), DSA. Tillsammans pekar analysernas resultat på att nanopartiklar av kiseldioxid kan uppnå god hydrofob och termiskt stabil effekt genom modifiering med båda silantyperna. Beräkningar visar dock att den kortare kedjan reagerat med högst molekylhalt. Därför valdes denna till projektets följande experiment, vilka innefattade inkludering av två procenthalter av partiklar till XPURE® Polyester 701K. För att analysera partiklarnas dispersion i de därefter extruderade filamenten utfördes Svepelektronmikroskopi, SEM över filamentens tvärsnitt. Resultaten indikerar att de hydrofobt ytmodifierade partiklarna är mer benägna att dispergera homogent ända ute vid filamentens fasgränsyta, än vad de hydrofila partiklarna är. Lotusfibern kan således vara möjlig att skapa med tillämpande av liknande principer och tekniker som i detta projekt.

Syftet med projektet var att utveckla och utvärdera vattenavvisande betongytor. Idén grundades på ett antagande om att nano-modifiering av betongytan i kombination med en hydrofob impregnering kan resultera i superhydrofob betong. Detta arbete genomfördes i sammarbete med CBI Betonginstitutet i Borås, där laboratorietester av ultrahögpresterande betong och effekterna av två olika hydrofoba medel, StoCryl HG200 och SILRES®BS1001, gällande vattenavstötning, undersöktes. För att framställa en textilmönstrad yta, har olika tekniker använts: att gjuta betong på textilytan och att framställa nya silikonformar med textilavtryck. Under tillverkningsprocessen valdes olika typer av textilier. Resultaten indikerade att olika textilier, med olika ytstruktur, kan påverka hydrofobicitet nivån hos betongytan. Silikonformen har visats sig vara mest effektiv i strukturen av betongytan och i kombination med impregnering, har flera superhydrofoba ytor uppnåtts. Silikon kan återanvändas och därmed bidrar till en hållbar och repeterbar teknik. De tester som använts för undersökning av hydrofobicitet var: roll-off och kontaktvinkeln. Hållbarheten på absorptionsförmågan av ytorna mot frost testades. Provningen följde ingen standardmetod men var anpassad till de vanliga klimatförhållanden som råder i Sverige.Användningen av ultrahögpresterande betong med superhydrofoba ytor kan skydda fasaden och isoleringen mot inträngning av fukt. Fasadskivans tjocklek på 10 mm kan med fördel ersätta ett tjockt fasadelement med stålarmering. Sammanfattningsvis är betongytan lättrengörande och på grund av dess långa livslängd, är det ekonomiskt fördelaktigt. / The focus of this study was to develop and evaluate hydrophobic surfaces of concrete. The idea was based on an assumption that nano-modification of concrete surface, in combination with a hydrophobic impregnation, can result in superhydrophobic concrete. The work was performed in cooperation with the CBI Betonginstitutet in Borås, where the laboratory tests of ultra-high performance concrete, and the effects of two different hydrophobic agents, StoCryl HG200 and SILRES®BS1001, on water repellency, were investigated. In order to produce a textured surface, different techniques were used: to cast concrete in the textile forms and to produce new forms of silicone with textile patterns. For the production process, different types of textile were selected. The results indicated that different textiles, of different surface structure, can influence the hydrophobicity level of the concrete surface. Silicone form has proven to be most efficient in the texturing of the concrete surface, and in combination with impregnation, several superhydrophobic surfaces were achieved. Silicone can be re-used, thus contributing to a sustainable and repeatable technique. The tests used for the examination of hydrophobicity were: roll-off and contact angle. The durability of the hydrophobicity level of the surfaces against freeze was tested. The test did not follow a standard method but was based to the regular climatic conditions that occur in Sweden,.The use of ultra-high performance concrete with super hydrophobic surfaces can protect the façade and the insulation against penetrating damp. The façade thickness of 10 mm could successfully exchange thick façade element with steel reinforcement. In conclusion, the concrete surface is easy to clean, and due to its long life spans, it is economically favorable.

Polyethylene composites which contain low concentrations of metal-oxide nanoparticles e.g. ZnO and MgO are emerging materials for the use in insulations of extruded high-voltage direct-current (HVDC) cables. The challenge in the development of the composites with ultra-low electrical conductivity is to synthesize uniform and high-purity metal-oxide nanoparticles, which are functionalized with hydrophobic groups in order to make them compatible with polyethylene. The thesis reports different approaches to prepare this new generation of insulation materials. Different reaction parameters/conditions – zinc salt precursor, precursor concentrations and reaction temperature – were varied in order to tailor the size and morphology of the ZnO nanoparticles. It was shown that different particle sizes and particle morphologies could be obtained by using different zinc salt precursors (acetate, nitrate, chloride or sulphate). It was shown that 60 °C was a suitable reaction temperature in order to yield particles with different morphologies ranging from nano-prisms to flower-shaped superstructures. For removal of reaction residuals from the particles surfaces, a novel cleaning method based on ultrasonication was developed, which was more efficient than traditional water-replacement cleaning. After cleaning, the presence of one atomic layer of zinc-hydroxy-salt complex (ZHS) on the nanoparticle surfaces was suggested by thermogravimetry and infrared spectroscopy. A method involving three steps – silane coating, heat treatment and silica layer etching – was used to remove the last trace of the ZHS species from the nanoparticle surface while preserving its clean and active hydroxylated surface. The surface chemistry of these nanoparticles was further tailored from hydroxyl groups to hydrophobic alkyl groups with different lengths by reactions involving methyltrimethoxysilane (C1), octyltriethoxysilane (C8) and octadecyltrimethoxysilane (C18). MgO nanoparticles were prepared by aqueous precipitation of Mg(OH)2 followed by a partial transformation to MgO nanoparticles via heat treatment at 400 °C. The surface regions of the MgO nanoparticles convert into a hydroxide phase in humid media. A novel method to obtain large surface area MgO nanoparticles with a remarkable inertness to humidity was also presented. The method involved three steps:  (a) thermal decomposition of Mg(OH)2 at 400 °C; (b) silicone oxide coating of the nanoparticles to prevent inter-particle sintering and (c) a high temperature heat treatment at 1000 °C. These MgO nanoparticles showed essentially no sign of formed hydroxide phase even after extended exposure to humid air. The functionalized metal-oxide nanoparticles showed only a minor adsorption of phenolic antioxidant, which is important in order to obtain nanocomposites with an adequate long-term stability. Tensile testing and scanning electron microscopy revealed that the surface-modified metal-oxide nanoparticles showed improved dispersion and interfacial adhesion in the polyethylene matrix with reference to that of unmodified metal-oxide nanoparticles. The highly “efficient” interfacial surface area induced by these modified nanoparticles created the traps for charge carriers at the polymer/particle interface thus reducing the DC conductivity by more than 1 order of magnitude than that of the pristine polyethylene. / Polyetenkompositer med mycket låga halter av ZnO och MgO metalloxid nanopartiklar är en växande kategori material för användning som isolering av extruderade kablar avsedda för likriktad högspänning. En utmaning i utvecklingen av dessa material kan relateras till den praktiska kompositframställningen, vilken innefattar framställning av högrena metalloxid nanopartiklar som ytmodifieras med hydrofoba molekylstrukturer för att möjliggöra blandning med den hydrofoba polyetenplasten. Denna avhandling behandlar olika metoder för att framställa denna generation av isoleringsmaterial. Vid syntesen av de rena nanopartiklarna krävdes optimering av ett antal olika reaktionsparametrar för att uppnå tillfredställande slutresultat i form av partikelstorlekar och partikelmorfologier. Dessa inkluderade val av zinksalt, zinksaltkoncentration vid utfällning, samt reaktionstemperatur vid framställningen. Experimenten avslöjade att olika partikelstorlekar och partikelmorfologier kunde framställas som endast korrelerat mot källan av zinkjonerna, och berodde av vilka motjoner som zinkatomerna haft i zinksaltet (acetat, nitrat, klorid eller sulfat). Optimering av reaktionstemperaturen visade att ca 60 °C utgjorde en lämplig start för utvärdering av synteserna, som resulterade i olika partikelmorfologier i form av pyramidformade nanopartiklar till blomformationer. Utöver de specifika reaktionsparametrarna utvecklades även en ny ultrasonikeringsmetod för att rena ytorna hos partiklarna från motjoner relaterade till de valda specifika salterna. Metodiken som visade sig avsevärt mer effektiv än sedvanlig rening att utfällda nanopartiklar via repetitivt vattenutbyte, och skapade förutsättningar etablering av kolloidal stabilitet och fragmentering av aggregat i vattensuspensionerna. Efter ultrasonikeringsreningen beräknades de kvarvarande zinkhydroxidsalterna (ZHS) utgöra endast ett atomlager ZHS utifrån termogravimetriska data kompletterade med infraröd spektroskopi. En metod att eliminera de kvarvarande ZHS-komplexen från ytan av partiklarna tillämpades/utvecklades, inkluderade ytbeläggning av partiklarna med silan, följt av värmebehandling samt etsning av den resulterande kiseloxidytan, för att uppnå en ren hydroxylyta på partiklarna. Ytkemin hos dessa partiklar modifierades från att bestå av hydroxylgrupper till att utgöras av hydrofoba alkylgrupper med olika längder relaterade metyltrimetoxysilan (C1), oktyltrietoxysilan (C8), eller oktadekyltrimetoxysilan (C18). Även MgO nanopartiklar framställdes via vattenutfällning av Mg(OH)2 partiklar, vilka omvandlades till MgO nanopartiklar via en lågtemperatur värmebehandling vid 400°C. Ytan av dessa partiklar omvandlades dock till hydroxid i fuktig miljö. En ny metod att bibehålla den stora ytarean av MgO nanopartiklarna med anmärkningsvärd motståndskraft mot att omvandlas till hydroxid utvecklades således. Metoden består av (a) en låg temperatur omvandling av Mg(OH)2, (b) en kiseloxidytbehandling av nanopartiklarna för att undvika partikelsintring vid högre temperaturer och (c) en hög temperaturbehandling vid 1000 °C. De framställda partiklarna uppvisade ingen anmärkningsvärd känslighet mot luftfuktighet och bibehöll MgO sammansättningen efter exponering mot fukt. De modifierade metalloxid nanopartiklarna visade mycket liten adsorption av fenoliska antioxidanter, vilket medförde en långtidsstabilitet hos polyeten nanokompositerna. De ytmodifierade metalloxidpartiklarna visade även förbättrade möjligheter för dispergering och yt-kompatibilitet med/i polyetenmatrisen i jämförelse med omodifierade metalloxidpartiklar, utifrån mätningar baserade på dragprovning och svepelektronmikroskopi. Slutligen, de utvecklade ytorna på de modifierade nanopartiklarna skapade ett polymer/nanopartikel gränssnitt som kunder fungera som laddningsansamlingsområden i nanokompositerna, vilket resulterade i en storleksordning minskad ledningsförmåga hos kompositerna jämfört med den rena polyetenen. / <p>QC 20160829</p>

Emerging markets in electrochemical energy storage, such as stationary grid storage, coupled with future concerns over the availability of lithium, places sodium-ion battery (SIB) technologies at a unique position to enter the market as a commercially viable alternative. Current shortcomings in the performance of cathode materials in SIBs would necessarily need to be addressed if this technology is to compete with existing commercial lithium-ion battery counterparts. Prussian White (PW), a promising cathode material currently being produced by Altris AB in Uppsala, Sweden, has been shown in many regards to be a promising candidate as a cathode material. In efforts to improve the lifetime, thermal stability, and rate capability of the material, both zinc oxide (ZnO) and polyaniline (PANI) coatings were applied to the active material powder.  Scanning electron microscopy (SEM) images of the ZnO coated PW showed that the ZnO was concentrated to certain regions, resulting in a rough and compromised coating. Furthermore, the notable presence of iron 2p orbital peaks in XPS spectra for ZnO and PANI coated samples, together with the SEM images, suggests that no method resulted in a conformal coating. Crystallographic information obtained using a capillary X-ray diffractometer showed that the PANI coating process had caused the PW to transition from a monoclinic to a cubic structure. This phase transition, based on subsequent thermogravimetric analysis, is attributed to an increase in both interstitial and lattice water content.  A comparative analysis of particle size and morphology, before and after slurry homogenization, showed that the ball milling technique used resulted in a reduction in size. Moreover, the ball milling process affected the uncoated PW more than the ZnO coated PW.  Findings, based on galvanostatic cycling of both full and half cells, indicate that the ZnO coating method on average results in a 12 mAh g1 loss in discharge capacity. The PANI coated PW showed a drop in capacity of approximately half that of the uncoated reference samples. No significant differences were observed in capacity retention, coulombic efficiency, and thermal stability between ZnO coated and uncoated PW. The better rate capability of the uncoated PW is suggested to be a result of the smaller particle size. Explanations for the observed similarities in electrochemical performance include (i) the breaking up of particles and agglomerates during the ball milling process (exposing uncoated faces), and (ii) the compromised coating. / Framväxande marknader inom elektrokemisk energilagring, såsom stationär nätlagring, i kombination med framtida oro över tillgängligheten av litium, placerar natriumjonbatteriteknik (SIB) i en unik position för att komma in på marknaden som ett kommersiellt lönsamt alternativ. Nuvarande brister i prestanda av katodmaterial i SIB måste nödvändigtvis åtgärdas om denna teknik ska konkurrera med befintliga kommersiella litiumjonbatterier. Prussian White (PW), ett lovande katodmaterial som produceras av Altris AB i Uppsala, Sverige, har i många avseenden visat sig vara en lovande kandidat som katodmaterial. I försök att förbättra materialets livslängd, termiska stabilitet och cyklingshastighetsförmåga applicerades både zinkoxid (ZnO) och polyanilin (PANI) -beläggningar på PW.  Svepelektronmikroskopi (SEM) -bilder av den ZnO-belagda PW visade att ZnO koncentrerades till vissa regioner, vilket resulterade i en grov och komprimerad beläggning. Vidare antyder närvaron av järn 2p orbitaltoppar i XPS-spektra för ZnO- och PANI-belagda prover, tillsammans med SEM-bilderna, att ingen metod resulterade i en lyckad beläggning. Kristallografisk information erhållen med användning av en kapillär röntgendiffraktometer visade att PANI-beläggningsprocessen hade orsakat en fasomvandling från en monoklinisk till en kubisk struktur. Denna fasomvandling, baserad på efterföljande termogravimetrisk analys, tillskrivs en ökning av både interstitiellt och gittervatteninnehåll.  En jämförande analys av partikelstorlek och morfologi före och efter homogenisering visade att den använda kulkvarnstekniken resulterade i en minskning i storlek. Dessutom påverkade kulkvarnsprocessen den obelagda PW mer än den ZnO-belagda PW.  Resultat, baserade på galvanostatisk cykling av både hel- och halvceller, indikerar att ZnO-beläggningsmetoden i genomsnitt resulterar i en 12 mAh g-1-förlust i urladdningskapacitet. Den PANI-belagda PW uppvisade en minskning i kapacitet på ungefär hälften av de obelagda referensproverna. Inga signifikanta skillnader observerades i kapacitetsretention, coulombisk effektivitet och termisk stabilitet mellan ZnO-belagd och obelagd PW. Den bättre hastighetsförmågan hos obelagd PW föreslås vara ett resultat av den mindre partikelstorleken. Förklaringar för de observerade likheterna i elektrokemisk prestanda innefattar (i) uppbrytning av partiklar och agglomerat under kulfräsningsprocessen (exponering av obelagda ytor) och (ii) ofullständig beläggning.

In recent years, membrane gas absorption technology has been considered as one of the promising alternatives to conventional techniques for CO2 capture due to its favorable mass transfer performance. As a hybrid approach of chemical absorption and membrane separation, it exhibits a number of advantages, such as operational flexibility, compact structure, high surface-area-to-volume ratio, linear scale up, modularity and predictable performance. One of the main challenges of membrane gas absorption technology is the membrane wetting by absorbent over prolonged operating time, which may significantly decrease the mass transfer coefficients of the membrane module. In this thesis, the experimental was set up to investigate the dependency of CO2 removal efficiency and mass transfer rate on various operating parameters, such as the gas and liquid flow rates, absorbent type and concentration and volume fraction CO2 at the feed gas inlet. In addition, the simultaneous removal of SO2 and CO2 was investigated to evaluate the feasibility of simultaneous desulphurization and decarbonization in the same membrane contactor. During 14 days of continuous operation, it was observed that the CO2 mass transfer rate decreased significantly following the operating time, which was attributed to partial membrane wetting. To better understand the wetting mechanism of membrane pores during their prolonged contact with absorbents, immersion experiments for up to 90 days were carried out. Various membrane characterization methods were used to illustrate the wetting process before and after the membrane fibers were exposed to the absorbents. The characterization results showed that the absorbent molecules diffused into the polypropylene polymer during the contact with the membrane, resulting in the swelling of the membrane. In addition, the effects of operating parameters such as immersion time and absorbent type on the membrane wetting were investigated in detail. Finally, based on the analysis results, methods to smooth the membrane wetting were discussed. It was suggested that improving the hydrophobicity of polypropylene membrane by surface modification may be an effective way to improve the long-term operating performance of membrane contactors. Therefore, the polypropylene hollow fibers were modified by depositing a thin superhydrophobic coating on the membrane surface to improve their hydrophobicity. The mixture of cyclohexanone and methylethyl ketone was considered as the best non-solvent to achieve the fiber surface with good homogeneity and acceptably high hydrophobicity. In the long-period operation, the modified membrane contactor exhibited more stable and efficient performance than the untreated one. Hence, surface treatment provides a feasibility of improving the system stability for CO2 capture from the view of long-term operation. / En av de tekniker som under senare framhållits som ett lovande alternativ till konventionell CO2-avskiljning är membran-gas-absorptionstekniken på grund av god prestanda vad gäller masstransport. Det blandade angreppssättet med både kemisk absorption och membranseparation har en rad fördelar, såsom driftflexibilitet, kompakt konstruktion, högt yt-volymsförhållande, linjär uppskalning, modularitet och förutsägbar prestanda. En av de viktigaste utmaningarna för membran-gas-absorptionstekniken är vätningen av membranet med absorbenten under långa drifttider, vilket väsentligt kan minska membranmodulens masstransportkoefficienter.  I avhandlingen har en rad olika driftparametrars påverkan på CO2-reningsgraden och massöverföringshastigheten undersökts. Driftparametrar inkluderar gas- och vätskeflöden, typ av absorbent och koncentration och volymfraktion av CO2 vid gasinloppet. Avskiljning av SO2 och CO2 har dessutom undersökts för att utvärdera möjligheten att samtidigt, i samma membranenhet, avlägsna svavel och kol. Under 14 dagars kontinuerlig drift konstaterades det att massöverföringshastigheten för CO2 minskade avsevärt med drifttiden, vilket hänfördes till partiell vätning av membranet.   För att bättre förstå mekanismerna för vätning av membranporer under långvarig kontakt med absorbenter genomfördes doppningsexperiment i upp till 90 dagar. Olika metoder för karakterisering av membran användes för att illustrera vätningsprocessen före och efter det att membranfibrerna exponerades för absorbenterna. Resultaten av karakteriseringen visade att absorbentmolekylerna spreds in i polypropenpolymeren under kontakten med membranet, vilket ledde till att membranet svällde. Dessutom undersöktes effekterna av driftsparametrar såsom nedsänkningstid och typ av absorbent i detalj. Slutligen, på grundval av analysresultaten, diskuterades metoder för att underlätta vätningen av membran. Att förbättra polypropylenmembranets hydrofobicitet genom modifiering av ytan föreslogs kunna vara ett effektivt sätt att förbättra den långsiktiga driftprestandan för membranenheter. Därför modifierades de ihåliga fibrerna av polyproylen med ett tunt lager av en superhydrofob beläggning på membranets yta för att förbättra hydrofobiciteten. En blandning av cyklohexanon och metyletylketon ansågs vara det bästa icke-lösningsmedlet för att få en fiber yta med god homogenitet och acceptabelt hög hydrofobicitet. Under lång driftperiod, uppvisade den modifierade membranenheten stabilare och effektivare prestanda än den obehandlade. Därför erbjuder ytbehandling en möjlighet till att förbättra systemets stabilitet för CO2-avskiljning när det gäller långsiktig drift. / VR-SIDA Swedish Research Links Programme

The increasing awareness of sustainability motivates the development of building materials from renewable resources. The requirements of wood-based products with improved durability, for example, an enhanced liquid repellence, is still a challenge. The aim of this thesis is to develop and study concepts to functionalize wood surfaces to obtain superhydrophobicity or superamphiphobicity, i.e. extreme liquid repellence of both water and oils. Birch and acetylated birch veneer samples were surface-modified by hydrophobized silicone nanofilaments. Specifically, birch samples surface-modified by fluorinated silicone nanofilaments (F-SMB) showed superamphiphobicity, which repelled water, ethylene glycol and hexadecane with static contact angles greater than 150° and roll-off angles lower than 10°. Birch and acetylated birch samples surface-modified by non-fluorinated silicone nanofilaments (SMB and SMAB) showed superhydrophobicity with static contact angles greater than 160° towards water, even for samples prepared using the shortest silicone nanofilaments reaction time of 1 h. In liquid uptake measurements submerging the F-SMB in water, ethylene glycol and hexadecane, a superamphiphobic plastron effect was observed which indicates that the wood surface was in Cassie-Baxter state. The plastron reduced the liquid uptake rate and extent depending on the interactions (diffusion and solubility) between the liquid and the silicone nanofilaments. The F-SMB showed good self-cleaning properties towards water and hexadecane. In multicycle Wilhelmy plate measurements, the SMB showed a lower water uptake than that of the acetylated samples, while the SMAB showed the lowest water uptake, i.e. a pronounced increased water resistance, due to a combined effect of acetylation and surface modification. In addition, the SMB exhibited more color change than the SMAB, which was caused by the release of hydrochloric acid during the surface modification process. / Den ökande medvetenheten kring hållbarsamhällsutvecklingmotiverarutveckling avbyggmaterial från förnybara resurser. Kraven på träbaserade produkter med förbättrad beständighet, exempelvisennödvändig vätskeavvisandeförmåga, är fortfarande en utmaning.Syftet med dennaavhandling äratt utveckla och studera koncept för attfunktionalisera träytorför att uppnåsuperhydrofobicitet ochsuperamfifobicitet, dvs en extrem vätskerepellerande egenskap för både vatten och oljor.Björk-och acetyleradebjörkfanérproverytmodifierades med hydrofobiserad silikon-nanofilament. Specifikt visade björk ytmodifierademedfluorerade silikon-nanofilament (F-SMB) superamfifobicitet, som repelleradevatten, etylenglykol och hexadekan med kontaktvinklar större än 150° och avrullningsvinklar lägre än 10°. Björk-och acetyleradebjörkproverytmodifierademedicke-fluorerade silikon-nanofilament (SMB och SMAB) visade superhydrofobicitet med kontaktvinklar större än 160° förvatten, även förprover framställda medkortast reaktionstid på 1 timme.Vid vätskeupptagningsmätningargenom att sänka F-SMB i vatten, etylenglykol och hexadekanobserverades en plastroneffekt som indikerade att träytan var i Cassie-Baxter-tillstånd. Plastronen minskade F-SMB vätskeupptagningshastighet och -nivåberoende på växelverkan(diffusion och löslighet) mellan vätskan och silikon-nanofilament. F-SMB uppvisadegoda självrengörande egenskaper förvatten och hexadekan.Vidmulticykel Wilhelmy-mätningarvisade SMB ett lägre vattenupptag än det acetylerade träet, medan SMAB visade denlägsta vattenupptagningen,det vill säga en mycketmärkbar ökad vattenavvisning, tack vareav en kombinerad effekt av acetylering och ytmodifiering. Dessutom uppvisade SMB en störrefärgförändring än SMAB, orsakad av frisättningen av saltsyra under ytmodifieringsprocessen. / <p>QC 20201113</p>

<p>Degradable polymers have gained an increased attention in the field of biomedical applications over the past decades, for example in tissue engineering. One way of improving the biocompatibility of these polymers is by chemical surface modification, however the risk of degradation during the modification procedure is a limiting factor. In some biomedical applications, for example in nerve guides, a patterned surface is desired to improve the cell attachment and proliferation.</p><p>In this thesis a new non-destructive, single-step, and solvent free method for surface modification of degradable polymers is described. Poly(L-lactide) (PLLA) substrates have been functionalized with one of the following vinyl monomers; N-vinylpyrrolidone (VP), acrylamide (AAm), or maleic anhydride (MAH) grafts. The substrates were subjected to a vapor phase atmosphere constituted of a mixture of a vinyl monomer and a photoinitiator (benzophenone) in a closed chamber at very low pressure and under UV irradiation. Poly(ε-caprolactone) (PCL), poly(lactide-co-glycolide) (PLGA), and poly(trimethylene carbonate) (PTMC) have been surface modified with VP using the same procedure to show the versatility of the method. The wettability of all of the four substrates increased after grafting. The surface compositions were confirmed by ATR-FTIR and XPS. The VP grafted PLLA, PTMC and PLGA substrates have been shown to be good substrates for the normal human cells i.e. keratinocytes and fibroblasts, to adhere and proliferate on. The topography of substrates with well defined nano patterns was preserved during grafting, since the grafted layer is very thin. We have also shown that the method is useful for a simultaneous chemical and topographical modification of substrates by masked vapor phase grafting. The surface topography was determined with SEM and AFM.</p> / <p>Intresset för användningen av nedbrytbara polymerer till biomedicinska applikationer som till exempel vävnads rekonstruktion har ökat avsevärt de senaste decennierna. Ett sätt att öka biokompatibiliteten hos dessa polymerer är genom kemisk ytmodifiering, men risken för nedbrytning under själva modifieringen är en begränsande faktor. I vissa biomedicinska applikationer, till exempel nervguider, är det önskvärt att ha en väldefinierad ytstruktur för att öka vidhäftningen och tillväxten av celler.</p><p>I den här avhandlingen presenteras en ny ickeförstörande, lösningsmedelsfri enstegsprocess för ytmodifiering av nedbrytbara polymerer. Substrat av poly(L-laktid) (PLLA) har ytfunktionaliserats med var och en av följande vinylmonomerer, N-vinylpyrrolidon (VP), akrylamid (AAm) eller maleinsyraanhydrid (MAH). Substraten har exponerats för en gasfasatmosfär av en blandning av en vinylmonomer och en fotoinitiator (bensofenon) i en tillsluten reaktor vid mycket lågt tryck och under UV-strålning. Metodens mångsidighet har även påvisats genom att ytmodifiera substrat av poly(ε-kaprolakton) (PCL), poly(laktid-co-glykolid) (PLGA) och poly(trimetylen karbonat) (PTMC) med VP. Vätbarheten ökade för alla fyra materialen efter ympning med en vinylmonomer. Ytsammansättningen fastställdes med ATR-FTIR och XPS. De VP ympade filmerna av PLLA, PLGA och PTMC visade sig vara bra substrat för mänskliga celler, i detta fall keratinocyter och fibroblaster, att vidhäfta och växa på. Yttopografin hos filmer med väldefinierade nanomönstrade ytor kunde bevaras efter ympning, tack vare att det ympade lagret är så tunt. Gasfas metoden har också visat sig användbar för att simultant ytmodifiera både kemiskt och topografiskt genom maskad gasfasympning. Yttopografin bestämdes med SEM och AFM.</p>

In novel drug delivery system, the encapsulation of therapeutic cells in microparticles has great promises for the treatment of a range of health con- ditions. Therefore, the encapsulation material and technology are of great importance to the validity and efficiency of the advanced medical therapy. Several unsolved challenges in regards to versatile microparticle synthesis ma- terials and methods form the main obstacle for a translation of novel cell therapy concepts from research to clinical practice. Thiol-ene based polymer systems have emerged and gained great popular- ity in material development in general and in biomedical applications specif- ically. The thiol-ene platform is broad and therefore of interest for a variety of applications. At the same time, many aspects of this material platform are largely unexplored, for example material and manufacturing technology developments for microfluidic applications . In this Ph.D. thesis, thiol-ene materials are explored for use in cell encap- sulation. The marriage of these two technology fields breeds the possibility for a novel microfluidic cell encapsulation approach using a novel encapsulation material. To this end, several new manufacturing technologies for thiol-ene and thiol-ene-epoxy droplet microfluidic devices were developed. Moreover, core-shell microparticle synthesis for cell encapsulation based on a novel co- synthesis concept using a thiol-ene based material was developed and inves- tigated. Finally, a thiol-ene-epoxy system was also used for the formation of microwells and microchannels that improve protein analysis on microarrays. The first part of the thesis presents the background and state-of-the-art technologies in regards to cell therapy, microfluidics, and thiol-ene based ma- terials. In the second part of the thesis, a novel manufacturing approach of thiol-ene-epoxy material as well as core-shell particle co-synthesis in micro- fluidics using thiol-ene based material are presented and characterized. The third part of the thesis presents the cell viability studies of encapsulated cells using the novel encapsulation material and method. In the final part of the thesis, two applications of thiol-ene-epoxy gaskets for protein detection mi- croarrays are presented. / Inkapsling av levande celler i mikrokapslar för terapeutiska ändamål är mycket lovande för frmatida behandling av många olika sjukdomar. Emeller- tid är en behandlings effektivitet i hög grad beroende av vilka material som används för inkapsling och vilken teknisk lösning som används för att ska- pa mikrokapslarna. För närvarande återstår det många utmaningar för att omvandla grundforskningresultat till klinisk verklighet, vilken kräver mer än- damålsenliga tillvägagångssätt för att tillverka mikrokapslar i material som är kompatibla med användningsområdena. De senaste åren har tiol-en baserade polymerer har blivit mycket använda för materialutveckling i stort och för biomedicinska tillämpningar i synnerhet. Med tiol-en kemi kan en mycket stor mängd helt olika syntetiska material framställas, vilket gör tiol-ener intressanta för en mängd applikationer. För närvarande är dock mycket inom denna materialklass outforskat, t.ex. inom material och tillverkningmetodik för mikrofluidiktillämpningar. I denna avhandling används tiol-ener för cellinkapsling. Sammanslagning av dessa teknologier möjliggör en ny typ av cellinkapsling med nya materi- alegenskaper. En mängd olika tillverkningssätt där tiol-en eller tiol-en-epoxi används för droplet-mikrofluidiksystem utvecklades. Core-shell mikrokapsel- syntes för cell-inkapsling baserat på en ny metod för samtidig syntes av både core och shell utvecklades och karaktäriserades. Slutligen utvecklades ett tiol- en-epoxi system för enkel integrering med proteinmikroarrayer på objektsglas. I avhandlingens första del presenteras bakgrund och dagens bästa teknolo- gier för terapeutisk cellinkapsling, mikrofluidik och tiol-en baserade material. I avhandlingens andra del presenteras en ny tillverkningsmetod för mikro- strukturerade tiol-en-epoxi artiklar och samtidig syntes av core och shell för mikrokapslar med användande av mikrofluidik. I den tredje delen presenteras cellöverlevandsstudier för de celler som inkapslats med de nya materialen och de nyutvecklade metoderna. I den avslutande delen beskrivs två specifika fall där tiol-en-epoxi komponenter används för proteindetektion och mikroarrayer. / <p>QC 20171122</p>

Degradable polymers have gained an increased attention in the field of biomedical applications over the past decades, for example in tissue engineering. One way of improving the biocompatibility of these polymers is by chemical surface modification, however the risk of degradation during the modification procedure is a limiting factor. In some biomedical applications, for example in nerve guides, a patterned surface is desired to improve the cell attachment and proliferation. In this thesis a new non-destructive, single-step, and solvent free method for surface modification of degradable polymers is described. Poly(L-lactide) (PLLA) substrates have been functionalized with one of the following vinyl monomers; N-vinylpyrrolidone (VP), acrylamide (AAm), or maleic anhydride (MAH) grafts. The substrates were subjected to a vapor phase atmosphere constituted of a mixture of a vinyl monomer and a photoinitiator (benzophenone) in a closed chamber at very low pressure and under UV irradiation. Poly(ε-caprolactone) (PCL), poly(lactide-co-glycolide) (PLGA), and poly(trimethylene carbonate) (PTMC) have been surface modified with VP using the same procedure to show the versatility of the method. The wettability of all of the four substrates increased after grafting. The surface compositions were confirmed by ATR-FTIR and XPS. The VP grafted PLLA, PTMC and PLGA substrates have been shown to be good substrates for the normal human cells i.e. keratinocytes and fibroblasts, to adhere and proliferate on. The topography of substrates with well defined nano patterns was preserved during grafting, since the grafted layer is very thin. We have also shown that the method is useful for a simultaneous chemical and topographical modification of substrates by masked vapor phase grafting. The surface topography was determined with SEM and AFM. / Intresset för användningen av nedbrytbara polymerer till biomedicinska applikationer som till exempel vävnads rekonstruktion har ökat avsevärt de senaste decennierna. Ett sätt att öka biokompatibiliteten hos dessa polymerer är genom kemisk ytmodifiering, men risken för nedbrytning under själva modifieringen är en begränsande faktor. I vissa biomedicinska applikationer, till exempel nervguider, är det önskvärt att ha en väldefinierad ytstruktur för att öka vidhäftningen och tillväxten av celler. I den här avhandlingen presenteras en ny ickeförstörande, lösningsmedelsfri enstegsprocess för ytmodifiering av nedbrytbara polymerer. Substrat av poly(L-laktid) (PLLA) har ytfunktionaliserats med var och en av följande vinylmonomerer, N-vinylpyrrolidon (VP), akrylamid (AAm) eller maleinsyraanhydrid (MAH). Substraten har exponerats för en gasfasatmosfär av en blandning av en vinylmonomer och en fotoinitiator (bensofenon) i en tillsluten reaktor vid mycket lågt tryck och under UV-strålning. Metodens mångsidighet har även påvisats genom att ytmodifiera substrat av poly(ε-kaprolakton) (PCL), poly(laktid-co-glykolid) (PLGA) och poly(trimetylen karbonat) (PTMC) med VP. Vätbarheten ökade för alla fyra materialen efter ympning med en vinylmonomer. Ytsammansättningen fastställdes med ATR-FTIR och XPS. De VP ympade filmerna av PLLA, PLGA och PTMC visade sig vara bra substrat för mänskliga celler, i detta fall keratinocyter och fibroblaster, att vidhäfta och växa på. Yttopografin hos filmer med väldefinierade nanomönstrade ytor kunde bevaras efter ympning, tack vare att det ympade lagret är så tunt. Gasfas metoden har också visat sig användbar för att simultant ytmodifiera både kemiskt och topografiskt genom maskad gasfasympning. Yttopografin bestämdes med SEM och AFM. / QC 20101014