Molecular structures and market potential of functionalized and chemically modified wood fibers

Abstract

With a mission to reduce the dependency of fossil-based plastics, the collaboration company to this master thesis project has developed and patented a technology that enables plastic production from wood fibers. The fibers of the company have been chemically treated in order to be more “plastic like” and thereby easier to mix and disperse with conventional or biobased plastics, to create a granulate for injection molding. The development of biobased materials is one area that can make a huge contribution to a more sustainable future, and the technology of the company provides a solution to existing challenges within wood-based plastics.

This thesis aimed to gain further understanding of the molecular structures of the functionalized wood fibers. Through the development of an extraction process, a set of differently modified wood fibers were analyzed, and a grafting degree was determined. The results showed that some fibers had a higher grafting degree than other, which indicates that an efficient pre-treatment has been achieved. In addition, an understanding of which chemicals from the pre-treatment that had been grafted to the fibers could be determined. Moreover, the injection molded end material was analyzed, to provide information related to two of the most important properties of biocomposite materials; the fiber dispersibility and fiber/polymer matrix adhesion status. By comparing the results with the mechanical properties of the end material, insights related to the adhesion status were provided. In combination with the extraction measurements, this information is expected to provide valuable information for further development of the technology.

In addition to the laboratory work, a market analysis was executed. This analysis aimed to understand the competitive landscape of wood based plastic composites, more specifically in terms of the different types of feedstocks used in the compounding process. The investigation showed on the main advantages and drawbacks with each feedstock, but also on the key challenges in processing of the compounds. Ultimately, the market investigation highlighted the key strengths of the technology. This information can be used as a guideline and recommendation for the company in composing their value proposition and placing their product to the market.

Popular Abstract (Swedish)

En av de allra största utmaningarna världen står inför idag är beroendet av fossila bränslen. För att möjliggöra en hållbar framtid för kommande generationer måste vi minska beroendet av fossila råvaror och utveckla användningen av förnyelsebara resurser. Utvecklingen av förnyelsebara material är ett område som kan göra en stor skillnad i vägen mot en mer hållbar framtid. Med det enorma behovet av ett funktionellt och ekonomiskt konkurrenskraftigt material vi ser i samhället idag, är en hållbar utveckling av plaster en växande utmaning. Detta tvingar oss att se över möjligheterna att producera plast från förnyelsebara råvaror, vilket ligger till grund för detta examensarbete.

Utvecklingen av biobaserade plaster är ett område inom förnyelsebara material som länge har varit under utbredd forskning, där de traditionella oljebaserade plasterna blandas med biobaserade råvaror. En träbaserad plast är ett exempel på en biobaserad plast, där andelen fossila råvaror är reducerade och istället ersatta med förnyelsebara träfibrer. Detta är något som samarbetsföretaget till detta examensarbete har utvecklat, som genom sin patenterade teknologi möjliggör plastproduktion från träfibrer. Vad företaget gör är att de modifierar träfibrerna så att de blir mer hydrofoba och ”plastlika” och därmed enklare att blanda med konventionell eller biobaserad plast.

En särskilt viktig fråga gällande fibrerna producerade hos företaget är deras molekylära struktur och effekten av deras modifieringsteknik. De modifierade fibrerna har lyckats att förbättra vissa materialegenskaper hos biokompositen, vilket är varför det är intressant att ytterligare undersöka effekten av förbehandlingen. Till följd av detta, är examensarbetet i form av en analys av de modifierade fibrerna tänkt att tillhandahålla företaget viktig information som ska hjälpa till att ytterligare förstå fibrernas beteende. Utöver detta har plastprodukten av de olika behandlade träfibrerna analyserats, för att se skillnaden mellan de olika förbehandlingarna och för att kunna avgöra om en behandling är bättre än den andra.

Förutom det laborativa arbetet som beskrivits ovan har en marknadsanalys över plast-marknaden och de olika utmaningar som företaget står inför genomförts. I denna har de olika råmaterial som man vanligen använder i träbaserade plastkompositer undersökts, för att kunna jämföra de olika råvarornas för- och nackdelar och förstå hur de skiljer sig från företagets fibrer och kompositmaterial. Utöver detta har även de huvudsakliga utmaningarna vid tillverkning av kompositmaterial studerats. Detta för att slutligen kunna sammanfatta företagets främsta styrkor samt dess potential på bioplastmarknaden.

• author: Kinderdal, Filippa
• supervisor: Baozhong Zhang
• organization: Centre for Analysis and Synthesis
• course: KASM15 20201
• year: 2020
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: polymer technology, WPC, wood plastic composite, materials science, plastic, renewable materials, biobased materials, polymerteknologi
• language: English
• id: 9018557
• date added to LUP: 2020-06-18 13:00:41
• date last changed: 2020-06-18 13:00:41