As we strive towards a more sustainable society, there is a growing demand toreplace fossil-based products with materials derived from renewable sources. Cellulose-based materials are promising candidates for this substitution. However, these materials do not always possess the properties needed to fully replace less sustainable counterparts.

Chemical modification can significantly alter the properties of cellulose fibers and materials prepared from them. This work explores the potential of one such modification – cationization. More specifically, the modification reaction, the properties of the material produced, and its potential applications are explored.

A high-consistency modification technique was employed to increase the reaction efficiency, thereby making the modification more industrially applicable. The modification enhanced the fibers’ interactions with water, and the prepared material was prone to both moisture sorption and swelling. Furthermore, papers prepared from the modified fibers exhibited an increased strainability. The observed enhanced strainability of the prepared papers, combined with moisture-induced softening, yielded a material that could withstand 3D forming without rupturing. The unprecedented swelling of the cationized fibers enabled them to be used as high-surface-area scaffolds for adsorbing high loads of nanosized particles.

All in all, this thesis contributes to alleviating some of the concerns and limitations associated with cationization of cellulose. It explores the potential of cationized fibers, a previously disregarded research topic, and provides insights into what can be achieved using them.

I vår strävan mot ett mer hållbart samhälle finns en växande efterfrågan på att ersätta fossilbaserade produkter med material som härrör från förnybararåvaror. Cellulosabaserade material är lovande kandidater för en sådan omställning. Dessa material har dock inte alltid de egenskaper som krävs för att fullt ut ersätta mindre hållbara alternativ.

Kemisk modifiering kan avsevärt förändra egenskaperna hos cellulosafibrer och material framställda från dem. Denna avhandling undersöker potentialen hos en sådan modifiering – katjonisering. Mer specifikt studeras modifieringsreaktionen, egenskaperna hos det framställda materialet samt dess potentiella tillämpningar.

Högkonsistensmodifiering användes för att öka reaktionseffektiviteten och därigenom göra modifieringen mer industriellt tillämpbar. Modifieringen ökade fibrernas interaktion med vatten, och det framställda materialet uppvisade både högt fuktupptag och betydande svällning. Vidare visade papper framställda från de modifierade fibrerna en ökad töjbarhet. Den ökade töjbarheten, i kombination med fuktinducerad mjukgörning, resulterade i ett material som kunde genomgå 3D-formning utan att gå sönder. Den exceptionella svällningsförmågan hos de katjoniserade fibrerna möjliggjorde dessutom deras användning som matrismaterial med extremt hög specifik yta och adsorption av stora mängder nanopartiklar.

Sammanfattningsvis bidrar denna avhandling till att minska några av de farhågor och begränsningar som är förknippade med katjonisering av cellulosa. Den utforskar potentialen hos katjoniserade fibrer – ett tidigare förbisett forskningsområde – och ger insikter i vad som kan uppnås med dem.