Extraction studies of suberin from bark and synthesis of lignin Isocyanate Free Polyurethanes: byproducts of the beech wood industry Abstract: The aim of this dissertation was to characterize extracts from European beech (Fagus sylvatica) and to obtain and to utilize the extracts to produce bio based Non Isocyanate Polyurethane (NIPU) copolymers. In the course of the first part of this study extracts were collected from the bark by successive Soxhlet extraction with dichloro methane (DCM) methanol and water. Then the natural polyester suberin was extracted with a rather low yield (3.7 ±0.9 wt.%) from the remaining extract free bark by methanolysis. The extracts and the predominantly aliphatic suberin monomers were investigated using the analytical methods of Gas Chromatography–Mass Spectrometry (GC MS) Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy Fourier Transform InfraRed (FTIR) spectroscopy UltraViolet–Visible spectroscopy Elemental Analysis Thermal Gravimetric Analysis and Differential Scanning Calorimetry. The DCM extract was found to consist of waxes which were primarily composed of phenolic compounds as well as long chain alkanes with either no functionalization or simple mono functionalization and therefore this extract was not suitable for polymerization. Predominantly soluble saccharides were obtained in the methanol and water extracts whereby condensed tannins (4.9% by weight of the dry bark) was identified as well. These are already known in the polyurethane (PU) production. The suberin monomers obtained were found by GC MS to be long chain linear acids or alcohols which were tri or tetra functionalized compounds with double bonds epoxides and diols. The largest Total Ion Chromatogram (TIC) signal was identified as 9 10 18 hydroxy octadecanoic acid. NMR studies allowed the calculation of the average functionality per suberin monomer using a specially derived formula. However only 1.5 functional groups per monomer were found by NMR method which is an average of the whole mixture. Whereas 3 4 functional groups per monomer were found by TIC of GC MS.<br>In the second part of this study the method of NIPU polymerization was applied to the more complex lignin system. For this purpose the hydroxyl groups of beech Organosolv Lignin (OL) obtained by Phosphorus NMR (31P NMR) of wood pulp were derivatized by nucleophilic substitution with epichlorohydrin followed by addition of carbon dioxide to the epoxide rings under normal and high (20 bar) pressure. The formation of cyclic carbonates on the resulting Carbonate Lignin (CL) was detected by FTIR and NMR. A ... Abstract: Das Ziel dieser Dissertation war es die Extraktstoffe aus der Europäischen Rotbuche (Fagus sylvatica) zu gewinnen charakterisieren und daraus ein Isocyanat freies Polyurethan (NIPU) Copolymer herzustellen. Dazu wurden im ersten Teil der Arbeit diverse Extraktstoffe durch sukzessive Soxhlet Extraktion mit Dichlormethan (DCM) Methanol und Wasser aus der Buchnenrinde gewonnen. Im Anschluss wurde das natürliche Polyester Suberin durch Methanolyse aus der verbliebenen extraktfreien Rinde gewonnen. Mit Hilfe von Gas Chromatographie mit Massenspektrometer (GC MS) Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) Fourier Transformations Infrarotspektroskopie (FTIR) Elektronenabsorptionsspektroskopie Elementaranalyse Thermogravimetrischen Analyse und dynamischen Differenzkalorimetrie wurden sowohl die Extraktstoffe wie auch die vorwiegend aliphatischen Suberinmonomere (3 7 ±0 9 Gew.%) untersucht. Der DCM Extrakt besteht vor allem aus so genannten „Wachsen“ d. h. aus phenolischen Verbindungen sowie langkettigen Alkanen welche keine oder nur eine einfache Funktionalisierung aufweisen und sich somit für eine Polymerisation nicht eignen. Mit Methanol und Wasser wurden vorwiegend lösliche Saccharide gewonnen wobei auch 4.9 Gew.% des Atro Rindengewichts als kondensierte Tannine identifiziert werden konnten die sich bereits bei der Polyurethan (PU) Herstellung bewährt haben. Die gewonnenen Suberinmonomere erwiesen sich im GC MS als langkettige lineare Säuren oder Alkohole die drei bzw. vierfach funktionalisiert vorliegen (mit Doppelbindungen Epoxiden und Diolen in den Ketten). Das mit Abstand größte Signal im Total Ionen Chromatogramm wurde als 9 10 18 Trihydroxy octansäuremethylester identifiziert. NMR Untersuchungen die unter Verwendung einer eigens hergeleiteten Formel die Berechnung der durchschnittlichen Funktionalität per Suberinmonomer ermöglicht liefern eine Funktionalität von 1 5 pro Monomer wohingegen GC MS Messung Werte von 3 bis 4 liefern.<br>Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde überprüft ob das bereits bekannte Konzept der NIPU Polymerisation auch bei einem komplexeren System wie Lignin angewandt werden kann. Dafür wurden die Hydroxylgruppen eines Organosolv Lignins (OL) dass bei der Zellstoff Herstellung aus Buchenholz gewonnen wird via Phosphorus NMR untersucht. Die Hydroxylgruppen des OL wurden durch nukleophile Substitution mit Epichlorhydrin derivatisiert und unter Hochdruck (20 bar) und Normaldruck w ...