Kunststoffe Struktur und Eigenschaften

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Zur Bedienung

Die didaktische DVD startet automatisch. Der Vorspann kann mit der Enter- oder der Skip-Taste der Fernbedienung oder durch einen Mausklick am PC über-sprungen werden. Mit den Pfeiltasten der Fernbedienung können Sie die Menüpunkte (z. B. Film, Filmsequenz, Bild etc.) ansteuern und mit Enter starten. Auch die Buttons am unteren Bildschirmrand steuern Sie mit den Pfeiltasten an und rufen diese mit Enter auf:• DerButton„Hauptmenü“ führt zu-

rück zum Hauptmenü.• DerButton„zurück“ führt zum je-

weils übergeordneten Menü.• EinigeBildschirmtafelnbietenden

Button „Info ein“ bzw. „Info aus“, über den Sie Zusatzinformationen ein-/ausblenden können.

• SteheninnerhalbeinesMenüpunktesmehrere Bilder oder Grafiken zur Ver-fügung, können Sie mit den Buttons „>“ und „<“ zwischen diesen Bil-dern oder Grafiken vor- und zurück-blättern.

Aus dem laufenden Film oder einer lau-fenden Filmsequenz gelangen Sie mit der Taste Menu oder Title der Fernbedienung wieder in das Ausgangsmenü zurück.

Bezug zu Lehrplänen und Bildungsstandards

Die Schülerinnen und Schüler • unterscheiden zwischenThermo-

plasten,Duroplastenund Elasto-meren.

• könnenKunststoffeklassifizieren.• verstehen,dassKunststoffeausKohlen-

wasserstoffketten aufgebaut sind.• wissen,wiemanexperimentelldie

Eigenschaften von Kunststoffen untersuchen kann.

• erläutern den Zusammenhang zwischen der Molekülstruktur und denEigenschaftenderKunststoffe.

• begreifen das Prinzip der Kunst-stoffsynthese.

• kennenAspektederNachhaltigkeitbeim alltäglichen Gebrauch von KunststoffenundderenRecycling.

• lernen,dassesmitderHerstellungvon „Flüssigholz“ ökologisch ver-träglicheKunststoffegibt.

• leitenvondenEigenschaftenderKunststoffederenVerwendungabundkennenEinsatzmöglichkeitenvonKunststoffen.

• erklärendieRollevonZusatzstoffenwie Weichmachern und kennen resultierende Gefahren.

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Zum Inhalt

„Kunststoffe – Struktur und Eigenschaften“ Film (18 min)Kunststoffebegegnenunsüberallinun-serem Alltag. Der Film stellt anhand unterhaltsamerundzeitgemäßerReal-filmaufnahmen die drei Gruppen der Kunststoffevor(Duroplaste,Elastomere,Thermoplaste) und erklärt mithilfe an-schaulicher Versuche und Animationen deren spezifischen chemisch-physikali-schenEigenschaften.DesWeiterenwird

die vielfältige Verarbeitung der unter-schiedlichenKunststoffe(undMisch-formen) in der Industrie sowie deren alltäglicherNutzenthematisiert.Einenweiteren Schwerpunkt des Filmes stellt dieUmweltverträglichkeitvonKunst-stoffen dar. Es wird gezeigt, wie Biokunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffengewonnenwerdenkönnen(z. B. aus Holz) und somit eine nach-haltige, zukunftsweisende Alternative zu dentraditionellausErdölproduziertenKunststoffendarstellen.

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Menü „Kunststoffe – Struktur und Eigenschaften“ Sequenzen

KunststoffeimVergleich (Filmsequenz 4:30 min)Am Beispiel von unterschiedlichen Plastik-bechern werden in dieser Sequenz die vielfältigenEigenschaftenvonKunst-stoffen vorgestellt. So sind Duroplaste sehr stabil und praktisch nicht verformbar, währendsichElastomerebeiNormal-temperatur zwar verformen lassen, aber immer wieder in ihre alte Form zurück-kehren. Wie Duroplaste halten auch vieleElastomerehoheTemperaturenausund zersetzen sich bei sehr starker Erhitzung.Thermoplasteschmelzenhin-gegen bereits bei Temperaturen von 80 bis 100 Grad Celsius und behalten nach dem Abkühlen ihre neu gewonnene Form bei.

Duroplaste (Filmsequenz 1:50 min)KunststoffproduktehabenverschiedeneEigenschaften,dasheißt,esmussUn-terschiede in ihrem molekularen Aufbau geben. Zu den Duroplasten gehören beispielsweiseAminoplast,Epoxidharzund Bakelit. Auch wenn der genaue chemische Aufbau dieser Stoffe verschie-den ist, haben sie eine gemeinsame molekulare Grundstruktur. Ihre Moleküle setzensichauslangenKettenzusammen,die untereinander vielfach verknüpft sind und durch Druck praktisch nicht verformt werden können. Dieser Aufbau verleiht den Duroplasten eine sehr große Stabilität.

Elastomere(Filmsequenz2:00min)Elastomere lassensichbereitsdurch geringen Druck verformen, nehmen da-nach jedoch wieder ihren Ausgangs-zustandan.AuchdieseEigenschaftistauf den molekularen Aufbau zurück-zuführen. Wie auch die Duroplaste bestehendieElastomereausriesigen

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Molekülen, die aus Monomeren auf-gebautsind.BeiElastomerenistdiedrei-dimensionale Vernetzung der Molekül-ketten aber geringer als bei Duroplasten. Außerdem sind die Molekülketten selbst wieeinKnäuelaufgewunden.WenndasElastomer durch eineKraft verformtwird,werdendieKettengestrecktundliegen nun geordneter vor.

Thermoplaste (Filmsequenz 3:30 min)EinThermoplastwiePolyamidbestehtauslangenKettenvonMonomeren,diemehr oder weniger parallel zueinander liegen, ohne durch kovalente Bindungen verknüpftzusein.ZwischendenKettenherrschen schwache Wechselwirkungen, zum Beispiel van-der-Waals-Kräfte. ErhitztmandenThermoplasten,geratendielangenKettenimmermehrinBe-wegung. Dadurch werden die schwachen Bindungskräfte zwischen den Molekül-kettenüberwundenunddieKettenkönnenaneinander vorbei gleiten. Das Polymer verformt sich oder wird sogar flüssig.

KunststoffenachMaß (Filmsequenz 2:50 min)AusKunststoffenkannmanpraktischalles herstellen. Allerdings sind die VariantenderKunststoffgemischeheuteunüberschaubar groß. Die Industrie stellt

inzwischen„KunststoffenachMaß“her,dieverschiedensteEigenschafteninsichvereinen und nicht mehr eindeutig in die KategorienElastomer,ThemoplastoderDuroplast passen. PVC, Polyvinylchlorid, ist zum Beispiel an sich ein spröder und harter Kunststoff. GibtmanDiethyl- hexylphthalatdazu,verringertsichdieAnziehungzwischendenKettenunddasganze Polymer wird geschmeidiger.

Biokunststoffe (Filmsequenz 1:30 min)Heute werden etwa 95 Prozent der Kunststoffe aus fossilen Rohstoffen,hauptsächlich aus Erdöl, hergestellt.Aber:DasErdölgehtzuNeige.Forschungund Industrie arbeiten deshalb daran, KunststoffeausnachwachsendenRoh-stoffen herzustellen, zum Beispiel aus Holz, besser gesagt, aus dem Lignin, das in den Bäumen steckt. Aus dem gewon-nenenBio-Kunststoffgranulatlassensichdie verschiedensten Produkte herstellen.

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„Leuchtende Folien“ Film (2 min)EinbesondersinteressantesBeispielfür„KunststoffenachMaß“sindleuchtendeFolien.SiebestehenausKunststoffen,die Strom leiten können und sind hauch-dünnundflexibel.DieKunststoffe,dieman dafür verwendet, sind gummiartig. Die leuchtfähige Schicht wird im Sieb-druckverfahren aufgetragen. Anschlie-ßend presst die Maschine die Folie in die gewünschte Form. Mit den hauchdün-nenFolienlässtsichdasLichtumEckenundKantenherumlenkenundinjedebeliebige Form bringen.

Menü „Kunststoffe im Vergleich“ Bilder / GrafikenVom Monomer zum Polymer (Grafik)EineGrafikzeigtamBeispieleinerPoly-merisation zu Polyvinylchlorid (PVC), wie bei Polymerreaktionen Monomere mit-einander verknüpft werden. Über den „Info-ein“-Button können die jeweiligen chemischen Formeln dazugeblendet werden.

Duroplaste (Bild)EinBildmitInfotexterklärtDuroplasteals harte, glasartigeKunststoffe. Sie werden beim Erhitzen nicht weich und schmelzen nicht. Bei sehr hohen

Temperaturen zersetzen sie sich schließlich. Man setzt Duroplaste meist dort ein, wo stabile Werkstoffe hohen Temperaturen widerstehen müssen.

Elastomere(Bild)EinBildmitInfotexterklärtElastomerealselastischverformbareKunststoffe.Siekehren immer wieder in ihre ursprüng-licheGestaltzurück.Elastomeresindnicht schmelzbar, jedoch zersetzen sie sich ab einer bestimmten Temperatur.

Thermoplaste (Bild)EinBildmitInfotexterklärtThermoplastealsKunststoffe,dieformbarsind,undzwar umso besser, je mehr man sie er-wärmt. Dieser Vorgang ist umkehrbar, solange nicht durch Überhitzung die thermische Zersetzung des Materials einsetzt. Deshalb können aus Thermo-plastendurchRecyclingneueGegen-stände geformt werden.

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Molekularer Aufbau im Vergleich (Grafik)EineGrafikstelltdiedreiGruppenvonKunststoffen–Duroplaste,ElastomereundThermoplaste–hinsichtlichihrermolekularen Struktur gegenüber und nennt jeweils mehrere Beispiele.

Silikone (Bild)EinBildmitInfotextbeschreibtSilikoneals eine Gruppe synthetischer Polymere,

bei denen Siliciumatome über Sauer-stoffatome verknüpft sind. Sie gehören zudenElastomeren.

Biokunststoffe (Bild)Biokunststoffe sind Polymere auf Basis nachwachsenderRohstoffe,dieinihrenEigenschaftendenerdölbasiertenHarzenähneln. So können sie nach den gleichen Verfahren verarbeitet werden. Werden sie nicht mehr gebraucht, werden Bio-kunststoffe wieder zu Humus.

Recycling(Bild/Grafik)NursortenreineKunststoffabfälle,diezuden Thermoplasten gehören, lassen sich recyclen. Denn nur die Thermoplaste können eingeschmolzen und in neue Formen gebracht werden.

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Verwendung im Unterricht

Kunststoffezählenzudenammeistenbenutzten Werkstoffen der modernen Chemie und stellen einen besonderen BestandteilderunmittelbarenErfah-rungswelt der Schülerinnen und Schüler dar. Der rasante technische Fortschritt des 20. und 21. Jahrhunderts und die EntwicklungunseresLebensstandardswärenohneKunststoffenichtdenkbar.Bereits in der Sekundarstufe I ist es daher wichtig, den Schülerinnen und Schülern einen ersten Bezug zu den Stoffeigen-schaftenvonKunststoffensowiederenchemischen Grundlagen zu vermitteln. Die vorliegende DVD kann den Unter-richt durch ihre vielfältigen Einsatz- möglichkeiten sinnvoll ergänzen. Der Schwerpunkt der DVD liegt auf den Lehrinhalten der Sekundarstufe I. Die DVDveranschaulichtdieexperimentelleUntersuchung von unterschiedlichen Kunststoffen und vermittelt so den ZusammenhangzwischendenEigen-schaften der Kunststoffe und deren Molekülstruktur. Des Weiteren werden bekannte Kunststoffe beispielhaft klassifiziert, wobei gezielt Gegenstände aus Alltag und Umwelt der Schülerinnen und Schüler herangezogen werden. In derSekundarstufeIIwerdenKunststoffe

vor allem hinsichtlich ihres Aufbaus im RahmenderStoffgruppederKohlen-wasserstoffe thematisiert. Auch für einen EinstiegindieKohlenstoffchemiestelltdie DVD anschauliches Material bereit. Der Hauptfilm eignet sich sowohl für eine eigenständige Unterrichtseinheit als auch zum begleitenden stückweisen Einsatz(Filmsequenzen)inKombinationmit geeigneten Schülerversuchen. Im ROM-TeilderDVDfindensichhierzuunter dem Menüpunkt „Versuchsan-leitungen“ zahlreiche Anregungen.

Methodische HinweiseImROM-TeilderDVDstehendieArbeits-blätter und die Filmkommentare als PDF- und Word-Dokumente zur Verfügung. • DiePDF-Dateien können ausgedruckt

werden. • DiePDF-Dateien zum Ausfüllen

können direkt am Computer abge-speichert und ausgedruckt werden.

• Die Word-Dateien (im Ordner „Arbeitsmaterial/Word_Dateien“) können individuell an die Unterrichts-situation angepasst werden.

DasMaterialangebotdesROM-Teilser-öffnet Chancen für einen stärker schüler-zentrierten, kreativen und ergebnis-orientierten Unterricht.

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Arbeitsmaterial

ImROM-TeilderDVDstehenIhnenHin-weise zur Verwendung der DVD im Unter-richt sowie Arbeitsblätter (mit Lösungen), eine ausführliche Stationsarbeit und weitere ergänzende Materialien zur Ver-fügung. Um die Arbeitsmaterialien zu sichten und auszudrucken, legen Sie die DVD in das DVD-Laufwerk Ihres Compu-ters ein und öffnen Sie im Windows- ExplorerdenOrdner„Arbeitsmaterial“.

Die Datei „Inhaltsverzeichnis“ öffnet die Startseite. Über diese können Sie bequem alle Arbeitsmaterialien (PDF-Dokumente) aufrufen.AmunterenRandderaufge-rufenen Seiten finden Sie die Buttons „Inhaltsverzeichnis“ und „Startseite“, dieIhnendasNavigierenerleichtern.Umdie PDF-Dateien lesen zu können, benö-tigenSiedenAdobeReader (Ordner„Adobe“).

Ordner Materialien

Verwendung im Unterricht HinweisezumEinsatzderDVDimUnterricht

Arbeitsblätter 7 Arbeitsblätter (z. T. mit Lösungen, z. T. als PDFs zum Ausfüllen)• EigenschaftenvonKunststoffen• DerersteDuroplast• VerhaltenvonThermoplastenundDuroplastenbeimErwärmen• HerstellungvonBakelit(Versuch)• UmschmelzenvonKunststoffabfällen• SynthesegasausAltkunststoffen• AllesBIOoderwas?

Versuchsanleitungen 6 Versuchsanleitungenz.B.KnöpfeausMilch,HerstellungeinesStärkeklebers,etc.

Filmkommentare Filmkommentare als PDF- und Word-Dokumente

Begleitheft ausführliches Begleitheft zur DVD

Programmstruktur Übersicht über den Aufbau der DVD

Weitere Medien Informationen über ergänzende FWU-Medien

Links kommentierte Linksammlung zum Thema

Übersicht der Arbeitsmaterialien im DVD-ROM-Teil:

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Hauptmenü

Arbeitsmaterial (im ROM-Teil der DVD) Legen Sie die DVD in das DVD-Laufwerk Ihres Computers und öffnen Sie im Windows-Explorer den Ordner Arbeitsmaterial. Die Datei Inhaltsverzeichnis öffnet die Startseite.

Kunststoffe – Struktur und Eigenschaften

Kunststoffe – Struktur und Eigenschaften Film 18 min Kunststoffe – Struktur und Eigenschaften Sequenzen Leuchtende Folien Film 2 min Kunststoffe im Vergleich Bilder/Grafiken Arbeitsmaterial

Verwendung im Unterricht 7 Arbeitsblätter (z. T. mit Lösung) 6 Versuchsanleitungen Filmkommentare Begleitheft Programmstruktur Weitere Medien Links

Untermenüs

Kunststoffe im Vergleich

Vom Monomer zum Polymer Grafik Einteilung der Kunststoffe

Duroplaste Bild Elastomere Bild Thermoplaste Bild

Molekularer Aufbau im Vergleich Grafik Silikone Bild Biokunststoffe Bild Recycling Bild / Grafik

Kunststoffe – Struktur und Eigenschaften

Sequenzen Kunststoffe im Vergleich 4:30 min Aufbau der…

Duroplaste 1:50 min

Elastomere 2:00 min

Thermoplaste 3:30 min

Kunststoffe nach Maß 2:50 min

Biokunststoffe 1:30 min

Programmstruktur

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Produktionsangaben Kunststoffe – Struktur und Eigenschaften (DVD)

ProduktionFWU Institut für Film und Bild, 2010

DVD-KonzeptAnne Berkmüller

DVD-Authoring und Designmsm-studios GmbHim Auftrag des FWU Institut für Film und Bild

GrafikenMarcHermann,TRICKLABORFWU

BildnachweisCleaning supplies in a green bucket © Irochka –Fotolia(Coverbild)elmettocantiere©antonioguariglia–FotoliaWandsteckdose©LotharDrechsel–Fotoliagummibänder©Martin–FotoliaAssortedBalloons©MichaelFlippo–FotoliaBecher©BildimBildStudio–FotoliaRecycling©PiotrMarcinski–FotoliaRecycling8©fotofuerst–FotoliaWikipedia:AchimRaschka,EvaK,Roland1952;Fotos aus der Wikipedia können nach der je-weils angegebenen Lizenz genutzt werden.

Arbeitsmaterial Melanie Mörtlbauer

BegleitheftSvenja WeißAnne Berkmüller

Pädagogische Referentin im FWUAnne Berkmüller

Produktionsangaben zu den Filmen„Kunststoffe – Struktur und Eigen-schaften“ und „Leuchtende Folien“

ProduktionLopane-Film

Im Auftrag desFWU Institut für Film und Bild, 2010

DrehbuchKatjaWeirauch

RegieMonika Latzel

KameraAxelGrabmann

SchnittWolfgang Grimmeisen

ComputeranimationMarcHermann,TRICKLABOR

SprecherinCordula Hieber

FachberatungUlrich Hammon

Besonderer Dank anKatharinaDaenzerSophia FrenzelLukas ManzThomasRapp, Bayer MaterialScienceTecnaro GmbH

RedaktionAnne Berkmüller

NurBildstellen/Medienzentren:öV zulässig

© 2010 FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 D-82031 Grünwald Telefon (089) 6497-1 Telefax (089)6497-240 E-Mail info@fwu.de vertrieb@fwu.de Internet www.fwu.de

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Kunststoffe – Struktur und EigenschaftenKunststoffesindsehrvielfältigundsiebegegnenunsüberallimAlltag,inelastischenGummibändern ebenso wie in feuerfesten Schutzhelmen. An anschaulichen Beispielen verdeutlichtdieDVDdenZusammenhangzwischenderStrukturunddenEigenschaftenderverschiedenenKunststoffgruppen:Thermoplaste,Duroplaste,Elastomere.ImROM-Teilder DVD stehen Arbeitsblätter, didaktische Hinweise, Versuchsanleitungen und weitere ergänzende Unterrichtsmaterialien zur Verfügung.

FWU Institut für Film und Bild

in Wissenschaft und Unterricht

gemeinnützige GmbH

Geiselgasteig

Bavariafilmplatz 3

82031 Grünwald

Telefon +49 (0)89-6497-1

Telefax +49(0)89-6497-240

info@fwu.de

www.fwu.de

www.fwu-shop.deBestell-Hotline: +49 (0)89-6497-444vertrieb@fwu.de

Erscheinungsjahr: 2010Laufzeit: 20 minFilme: 2Filmsequenzen: 7Bilder: 9Sprache: Deutsch

Lehrprogrammgemäß

§ 14 JuSchG

GEMAAlle Urheber- und Leistungs-

schutzrechte vorbehalten. Nicht erlaubte / genehmigte

Nutzungen werden zivil- und / oder strafrechtlich verfolgt.

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Systemvoraussetzungen bei Nutzung am PC:

DVD-Laufwerk und DVD-Player-Software, empfohlen für Windows ME/2000/XP/

Vista/Windows 7

Schlagwörter: Bakelit,Biokunststoff,Duroplast,Elastomer,Epoxidharz,Gummi,Kautschuk,kovalenteBindung,Lignin,Molekül,Monomer,Phthalat,Plastik, Polyamid, Polyethen, Polymer, Polypropen, Polystyrol, Polyurethan, Polyvinylchlorid,PVC,Recycling,Rohstoff,Silikon,Styropor,Thermoplast,Weichmacher, Wertstoff

Systematik: Chemie OrganischeChemieKohlenwasserstoffe,Polymere

Stoffe,Naturstoffe,Reaktionsmechanismen Angewandte Chemie Chemie in Alltag und

Umwelt Physikalische Chemie Bindung, Struktur,

Eigenschaften

DVD-ROM-Teil: UnterrichtsmaterialienArbeitsblätter: 7 (z. T. mit Lösungen, z. T. als

PDFs zum Ausfüllen)Versuchsanleitungen: 6Adressaten: Allgemeinbildende Schule

(Klasse6- 11)