Lignocellulosic biomass, particularly wood-derived cellulose, offers an abundant and renewable resource for producing advanced bio-based materials. This thesis explores the development and application of lignin-rich microfibrillated cellulose (LMFC) films produced from high-kappa number kraft pulp, highlighting their potential as sustainable alternatives to petrochemical-based materials. The research focuses on understanding the influence of residual lignin and raw fiber characteristics on the properties of LMFC films. The effects of drying conditions on the physicochemical and mechanical properties of these films were also investigated.

The study demonstrates that residual lignin enhances the thermal stability and hydrophobicity of the films while also improving their mechanical properties under optimized processing conditions. Furthermore, hardwood and softwood pulps exhibit distinct fibrillation behaviors, with softwood-derived LMFC films showing superior tensile strength due to the formation of more fiber joints within the fiber networks. The exceptional mechanical performance of LMFC films, comparable to chemically modified cellulose nanofibers, demonstrates their potential for industrial applications. These lignin-rich films show promise in high-value fields such as battery, organic dye adsorption, and proton exchange application. Notably, LMFC films are ideal candidates as separators in aqueous zinc-ion batteries, where their enhanced wet tensile strength, superior electrolyte uptake, and good ionic conductivity enable stable cycling performance. Additionally, the films' enhanced affinity for cationic organic dyes positions them as effective and eco-friendly adsorbents for water treatment. The findings of this thesis contribute to the sustainable development of bio-based cellulose materials by optimizing lignocellulosic resources for a wide range of applications. 

Biomassa från lignocellulosa, särskilt cellulosa från trä, utgör en rikligt förekommande och förnybar resurs för produktion av avancerade biobaserade material. Denna avhandling undersöker utvecklingen och tillämpningen av ligninrik mikrofibrillerad cellulosa (LMFC)-filmer, framställda av hög-kappa sulfatmassa, och belyser dess potential som hållbart alternativ till petrokemiskt baserade material. Forskningen fokuserar på att förstå hur restlignin och råfiberkarakteristika påverkar egenskaperna hos LMFC-filmer. Effekterna av torkningsförhållanden på de fysikalisk-kemiska och mekaniska egenskaperna hos dessa filmer undersöktes också.

Studien visar att restlignin ökar den termiska stabiliteten och hydrofobiciteten hos filmerna samt förbättrar deras mekaniska egenskaper under optimerade bearbetningsförhållanden. Vidare uppvisar lövträ- och barrträmassor olika fibrilleringsbeteenden, där LMFC-filmer framställda från barrträ visar överlägsen draghållfasthet på grund av bildningen av fler fiberförbindelser inom fibernätverket. Den exceptionella mekaniska prestandan hos LMFC-filmer, jämförbar med kemiskt modifierade cellulosananofibrer, visar deras potential för industriella tillämpningar. Dessa ligninrika filmer har lovande användningsområden inom högvärdesfält som batterier, organisk färgadsorption och protonutbytande tillämpningar. Särskilt LMFC-filmer är idealiska kandidater som separatorer i vattenbaserade zink-jonbatterier, där deras förbättrade våtstryka, överlägsna elektrolytupptag och goda jonledningsförmåga möjliggör stabil cyklingsprestanda. Dessutom ger filmernas ökade affinitet för katjoniska organiska färgämnen dem till effektiva och miljövänliga adsorbenter för vattenrening. Resultaten i denna avhandling bidrar till hållbar utveckling av biobaserade cellulosamaterial genom optimering av lignocellulosaresurser för ett brett spektrum av tillämpningar.