Carboxymethylation and oxidative carboxylation of four available lignins were investigated as routes to introduce carboxylic acid functionality for crosslinking with epoxidized linseed oil. Hardwood lignins showed consistently higher reactivity toward both routes, explained with DFT calculations and conformational modeling linking the molecular conformation of syringyl-rich lignin to greater hydroxy group accessibility. WAXS analysis showed that oxidative carboxylation disrupted supramolecular packing more extensively than carboxymethylation, correlating with the complete solubility of oxidized lignins and homogeneous mixing with the epoxide matrix.

A feasibility study confirmed crosslinked network formation but revealed phase separation and brittleness as key limitations. Incorporating oxidized lignin with PEG-400 yielded thermosets with approximately 90% bio-based content, gel contents of 88–90%, glass transition temperatures of 93–109 °C, and hydrophobic surfaces. Both thermosets degraded completely within 48 hours under alkaline conditions, while remaining stable under near-physiological conditions for 14 days, consistent with a surface-initiated erosion mechanism.

These findings establish a structure-property framework linking lignin molecular architecture to modification efficiency, thermoset performance, and controlled end-of-life degradation.

Karboximetylering och oxidativ karboxylering av fyra tillgängliga ligniner undersöktes som metoder för att introducera karboxylsyrafunktionalitet för tvärbindning med epoxiderad linolja. Lövvedsligniner visade konsekvent högre reaktivitet för båda metoderna, vilket förklarades med DFT-beräkningar och konformationsmodellering som kopplar den molekylära konformationen hos syringylrikt lignin till större tillgänglighet av hydroxigrupper. WAXS-analys visade att oxidativ karboxylering störde den supramolekylära packningen i högre grad än karboximetylering, vilket korrelerade med fullständig löslighet hos oxiderade ligniner och homogen blandning med epoxidmatrisen.

En genomförbarhetsstudie bekräftade tvärbunden nätverksbildning men avslöjade fasseparation och sprödhet som centrala begränsningar. Inkorporering av oxiderat lignin med PEG-400 gav härdplaster med ungefär 90 % biobaserat innehåll, gelhalt på 88–90 %, glasövergångstemperaturer på 93–109 °C och hydrofoba ytor. Båda härdplasterna degraderades fullständigt inom 48 timmar under alkaliska förhållanden och förblev stabila under nära fysiologiska förhållanden i 14 dagar, förenligt med en ytinitierad erosionsmekanism.

Dessa fynd etablerar ett struktur-egenskapsramverk som kopplar ligninets molekylära arkitektur till modifieringseffektivitet, härdplastprestanda och kontrollerad nedbrytning.