The need for sustainable, high-performance materials is growing rapidly as society moves away from fossil-based resources. This thesis explores how materials derived from renewable sources—cellulose nanofibrils (CNFs) extracted from wood—can be combined with synthetic polymer nanoparticles to create functional, sustainable materials with tunable properties.

Polymeric nanoparticles were synthesized using polymerization-induced self-assembly (PISA), which allows precise control over particle features such as size and surface chemistry. The nanoparticles were combined with CNFs to create hybrid materials. The thesis investigates how the size, charge, and amount of nanoparticles influence the structure, mechanical behavior, and deformation mechanisms of CNF-based materials.

Advanced characterization techniques such as small- and wide-angle X-ray scattering were used to understand how nanoparticles impact material structures to gain new insights into structure-property relationships and deformation mechanisms. The results show that by carefully tuning the interactions between components, it is possible to design new bio-based materials with tailored mechanical properties.

This work contributes to the broader effort of developing environmentally friendly alternatives to conventional plastics and composites, offering insights into how nanostructure and surface chemistry can be used to control material performance. 

Behovet av hållbara, högpresterande material växer snabbt i takt med att samhället rör sig bort ifrån fossilbaserade resurser. Denna avhandling undersöker hur material från förnybara källor - cellulosa nanofibriller (CNF) extraherade från trä - kan kombineras med syntetiska polymera nanopartiklar för att skapa funktionella, hållbara material med skräddarsydda egenskaper.

Polymera nanopartiklar syntetiserades med ’polymerization-induced self-assembly’ (PISA); en metod som möjliggör kontroll över partikelegenskaper som storlek och ytkemi. Nanopartiklarna kombinerades med CNF för att skapa hybridmaterial. Avhandlingen undersöker hur storleken, laddningen och mängden av nanopartiklar påverkar strukturen, det mekaniska beteendet och deformationsmekanismerna hos CNF-baserade material.

Avancerade tekniker som röntgenspridning användes för att förstå hur nanopartiklar påverkar materialstrukturer för att få nya insikter om struktur-egenskapsförhållanden och deformationsmekanismer. Resultaten visar att det är möjligt att, genom skräddarsydda interaktioner mellan komponenter, designa nya biobaserade material med skräddarsydda mekaniska egenskaper.

Denna avhandling bidrar till det bredare arbetet med att utveckla miljövänliga alternativ till konventionella plaster och kompositer, vilket ger insikter i hur nanostruktur och ytkemi kan användas för att styra materialprestanda.