The need to find sustainable paths for our society is imminent to tackle environmental concerns of today. The majority of all plastic materials are produced from crude oil but in the future a much larger portion must originate from renewable resources to address some of these problems. Aromatic molecules are often used when producing rigid and thermally stable polymeric materials but there are few natural sources for them. One is, however, the wood component lignin that is produced on a large scale from chemical pulping processes of biomass. Lignins aromatic structures could be an alternative for non-renewable aromatics in e.g. thermoset applications.

The heterogeneity of lignin does however present some problems in terms of e.g. dispersity, solubility, diverse functionality, and varying polymer backbone structure. To tackle these challenges, work-up of lignin and thorough characterization are important to be able to produce materials with predetermined, predictable, properties. Technical lignins have functional groups that can be utilized as chemical handles for further modifications required for different material systems e.g. phenols, aliphatic hydroxyls, and carboxylic acids.

This thesis focuses on how to utilize solvent fractionated, relatively well-characterized, LignoBoost Kraft lignin to produce thermoset resins by chemical modification and a crosslinking procedure. An efficient procedure to selectively allylate the phenolics, the most abundant functionality, of the lignin fractions has been developed and evaluated as well as a curing procedure using a thiol crosslinker and a thiol-ene reaction. The produced materials were analysed with regards to material properties, density, and morphology. The resins based on the selectively allylated lignin fractions were furthermore evaluated as a potential matrix for carbon fibre composites. It was shown that the material samples could be processed by pre-impregnating carbon fibres and form composite materials. The molecules of the lignin fraction were also used as core substrates in a ring-opening polymerization to produce functional star co-polymers. The procedure was evaluated and it could be shown that the lignin backbone was subjected to substantial structural changes of lignin inter-unit linkages.

Lignin being one of the few large resources of naturally occurring aromatics has a big potential to be used for material applications where rigidity and thermal stability is important. This thesis attempts to add a few pieces towards such a goal.

Behovet av att hitta hållbara tillvägagångssätt för vårt samhälle ökar hela tiden för att bemöta dagens miljöutmaningar. Större delen av alla plastmaterial tillverkas idag av råolja men i framtiden måste en mycket större del produceras från förnyelsebara råvaror för att hantera några av dessa problem. Aromatiska molekyler används ofta vid tillverkning av styva och termiskt stabila material, dock finns det få naturliga källor för sådana. En är emellertid träkomponenten lignin som produceras i stor skala i kemisk massatillverkning. Lignins aromatiska strukturer kan vara ett alternativ för icke-förnyelsebara aromatiska molekylära byggstenar i t.ex. härdplastsapplikationer.

Lignins heterogenitet ger upphov till vissa problem i termer av t.ex. dispersitet, löslighet, olika funktionalitet och varierande polymerskelettstruktur. För att hantera dessa problem är upparbetning av lignin och noggrann karaktärisering viktigt för att material med förutbestämda och förutsägbara egenskaper ska kunna tillverkas. Tekniskt lignin har funktionella grupper som kan användas som kemiska handtag för modifieringar som krävs för användning i olika materialsystem.

Denna avhandling fokuserar på hur lösningsmedelsfraktionerad, relativt välkarakteriserad, LignoBoost Kraftlignin kan användas för att producera termiskt härdande hartser genom kemisk modifiering och tvärbindning. Ett effektivt sätt att selektivt allylera ligninfraktionernas fenol-grupper, den vanligaste av de funktionella grupperna, har utvecklats och utvärderats såväl som en härdningsprocedur med hjälp av en tiol-tvärbindare och tiol-en-kemi. De producerade materialen analyserades med avseende på materialegenskaper, densitet och morfologi. Harts baserad på en av de selektivt allylerade ligninfraktionen undersöktes även som en potentiell matris för kolfiberkompositer. Det kunde påvisas att genom för-impregnering av kolfibrer kunde kompositmaterial tillverkas. Molekylerna i de olika ligninfraktionerna användes även som kärnor för att producera funktionella sampolymerer genom ringöppningspolymerisation. Det kunde påvisas att ligninets molekylära uppbyggnad blev kraftigt påverkat av tekniken då intramolekylära bindningar bröts upp.  

Lignin som tillhör en av de mycket få stora naturligt förekommande råvarorna för aromatiska strukturer har stor potential för användning i materialapplikationer där hög styvhet och termisk stabilitet är viktiga egenskaper. Den här avhandlingen försöker bidra med några pusselbitar mot ett sådant mål.