Didaktische FWU-DVD. Kunststoffe Struktur und Eigenschaften

Transkript

1 Didaktische FWU-DVD Kunststoffe Struktur und Eigenschaften

2 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 übersprungen 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: Der Button Hauptmenü führt zurück zum Hauptmenü. Der Button zurück führt zum jeweils übergeordneten Menü. Einige Bildschirmtafeln bieten den Button Info ein bzw. Info aus, über den Sie Zusatzinformationen ein-/ausblenden können. Stehen innerhalb eines Menüpunktes mehrere Bilder oder Grafiken zur Verfügung, können Sie mit den Buttons > und < zwischen diesen Bildern oder Grafiken vor- und zurückblättern. Aus dem laufenden Film oder einer laufenden 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 zwischen Thermoplasten, Duroplasten und Elastomeren. können Kunststoffe klassifizieren. verstehen, dass Kunststoffe aus Kohlenwasserstoffketten aufgebaut sind. wissen, wie man experimentell die Eigenschaften von Kunststoffen untersuchen kann. erläutern den Zusammenhang zwischen der Molekülstruktur und den Eigenschaften der Kunststoffe. begreifen das Prinzip der Kunststoffsynthese. kennen Aspekte der Nachhaltigkeit beim alltäglichen Gebrauch von Kunststoffen und deren Recycling. lernen, dass es mit der Herstellung von Flüssigholz ökologisch verträgliche Kunststoffe gibt. leiten von den Eigenschaften der Kunststoffe deren Verwendung ab und kennen Einsatzmöglichkeiten von Kunststoffen. erklären die Rolle von Zusatzstoffen wie Weichmachern und kennen resultierende Gefahren. 2

3 Zum Inhalt Kunststoffe Struktur und Eigenschaften Film (18 min) Kunststoffe begegnen uns überall in unserem Alltag. Der Film stellt anhand unterhaltsamer und zeitgemäßer Realfilmaufnahmen die drei Gruppen der Kunststoffe vor (Duroplaste, Elastomere, Thermoplaste) und erklärt mithilfe anschaulicher Versuche und Animationen deren spezifischen chemisch-physikalischen Eigenschaften. Des Weiteren wird die vielfältige Verarbeitung der unterschiedlichen Kunststoffe (und Mischformen) in der Industrie sowie deren alltäglicher Nutzen thematisiert. Einen weiteren Schwerpunkt des Filmes stellt die Umweltverträglichkeit von Kunststoffen dar. Es wird gezeigt, wie Biokunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden können (z. B. aus Holz) und somit eine nachhaltige, zukunftsweisende Alternative zu den traditionell aus Erdöl produzierten Kunststoffen darstellen. 3

4 Menü Kunststoffe Struktur und Eigenschaften Sequenzen Kunststoffe im Vergleich (Filmsequenz 4:30 min) Am Beispiel von unterschiedlichen Plastikbechern werden in dieser Sequenz die vielfältigen Eigenschaften von Kunststoffen vorgestellt. So sind Duroplaste sehr stabil und praktisch nicht verformbar, während sich Elastomere bei Normaltemperatur zwar verformen lassen, aber immer wieder in ihre alte Form zurückkehren. Wie Duroplaste halten auch viele Elastomere hohe Temperaturen aus und zersetzen sich bei sehr starker Erhitzung. Thermoplaste schmelzen hingegen bereits bei Temperaturen von 80 bis 100 Grad Celsius und behalten nach dem Abkühlen ihre neu gewonnene Form bei. Duroplaste (Filmsequenz 1:50 min) Kunststoffprodukte haben verschiedene Eigenschaften, das heißt, es muss Unterschiede in ihrem molekularen Aufbau geben. Zu den Duroplasten gehören beispielsweise Aminoplast, Epoxidharz und Bakelit. Auch wenn der genaue chemische Aufbau dieser Stoffe verschieden ist, haben sie eine gemeinsame molekulare Grundstruktur. Ihre Moleküle setzen sich aus langen Ketten zusammen, die untereinander vielfach verknüpft sind und durch Druck praktisch nicht verformt werden können. Dieser Aufbau verleiht den Duroplasten eine sehr große Stabilität. Elastomere (Filmsequenz 2:00 min) Elastomere lassen sich bereits durch geringen Druck verformen, nehmen danach jedoch wieder ihren Ausgangszustand an. Auch diese Eigenschaft ist auf den molekularen Aufbau zurückzuführen. Wie auch die Duroplaste bestehen die Elastomere aus riesigen 4

5 Molekülen, die aus Monomeren aufgebaut sind. Bei Elastomeren ist die dreidimensionale Vernetzung der Molekülketten aber geringer als bei Duroplasten. Außerdem sind die Molekülketten selbst wie ein Knäuel aufgewunden. Wenn das Elastomer durch eine Kraft verformt wird, werden die Ketten gestreckt und liegen nun geordneter vor. Thermoplaste (Filmsequenz 3:30 min) Ein Thermoplast wie Polyamid besteht aus langen Ketten von Monomeren, die mehr oder weniger parallel zueinander liegen, ohne durch kovalente Bindungen verknüpft zu sein. Zwischen den Ketten herrschen schwache Wechselwirkungen, zum Beispiel van-der-waals-kräfte. Erhitzt man den Thermoplasten, geraten die langen Ketten immer mehr in Bewegung. Dadurch werden die schwachen Bindungskräfte zwischen den Molekülketten überwunden und die Ketten können aneinander vorbei gleiten. Das Polymer verformt sich oder wird sogar flüssig. Kunststoffe nach Maß (Filmsequenz 2:50 min) Aus Kunststoffen kann man praktisch alles herstellen. Allerdings sind die Varianten der Kunststoffgemische heute unüberschaubar groß. Die Industrie stellt inzwischen Kunststoffe nach Maß her, die verschiedenste Eigenschaften in sich vereinen und nicht mehr eindeutig in die Kategorien Elastomer, Themoplast oder Duroplast passen. PVC, Polyvinylchlorid, ist zum Beispiel an sich ein spröder und harter Kunststoff. Gibt man Diethylhexylphthalat dazu, verringert sich die Anziehung zwischen den Ketten und das ganze Polymer wird geschmeidiger. Biokunststoffe (Filmsequenz 1:30 min) Heute werden etwa 95 Prozent der Kunststoffe aus fossilen Rohstoffen, hauptsächlich aus Erdöl, hergestellt. Aber: Das Erdöl geht zu Neige. Forschung und Industrie arbeiten deshalb daran, Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen herzustellen, zum Beispiel aus Holz, besser gesagt, aus dem Lignin, das in den Bäumen steckt. Aus dem gewonnenen Bio-Kunststoffgranulat lassen sich die verschiedensten Produkte herstellen. 5

6 Leuchtende Folien Film (2 min) Ein besonders interessantes Beispiel für Kunststoffe nach Maß sind leuchtende Folien. Sie bestehen aus Kunststoffen, die Strom leiten können und sind hauchdünn und flexibel. Die Kunststoffe, die man dafür verwendet, sind gummiartig. Die leuchtfähige Schicht wird im Siebdruckverfahren aufgetragen. Anschließend presst die Maschine die Folie in die gewünschte Form. Mit den hauchdünnen Folien lässt sich das Licht um Ecken und Kanten herumlenken und in jede beliebige Form bringen. Menü Kunststoffe im Vergleich Bilder / Grafiken Vom Monomer zum Polymer (Grafik) Eine Grafik zeigt am Beispiel einer Polymerisation zu Polyvinylchlorid (PVC), wie bei Polymerreaktionen Monomere miteinander verknüpft werden. Über den Info-ein -Button können die jeweiligen chemischen Formeln dazugeblendet werden. Duroplaste (Bild) Ein Bild mit Infotext erklärt Duroplaste als harte, glasartige Kunststoffe. 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) Ein Bild mit Infotext erklärt Elastomere als elastisch verformbare Kunststoffe. Sie kehren immer wieder in ihre ursprüngliche Gestalt zurück. Elastomere sind nicht schmelzbar, jedoch zersetzen sie sich ab einer bestimmten Temperatur. Thermoplaste (Bild) Ein Bild mit Infotext erklärt Thermoplaste als Kunststoffe, die formbar sind, und zwar umso besser, je mehr man sie erwärmt. Dieser Vorgang ist umkehrbar, solange nicht durch Überhitzung die thermische Zersetzung des Materials einsetzt. Deshalb können aus Thermoplasten durch Recycling neue Gegenstände geformt werden. 6

7 Molekularer Aufbau im Vergleich (Grafik) Eine Grafik stellt die drei Gruppen von Kunststoffen Duroplaste, Elastomere und Thermoplaste hinsichtlich ihrer molekularen Struktur gegenüber und nennt jeweils mehrere Beispiele. bei denen Siliciumatome über Sauerstoffatome verknüpft sind. Sie gehören zu den Elastomeren. Biokunststoffe (Bild) Biokunststoffe sind Polymere auf Basis nachwachsender Rohstoffe, die in ihren Eigenschaften den erdölbasierten Harzen ähneln. So können sie nach den gleichen Verfahren verarbeitet werden. Werden sie nicht mehr gebraucht, werden Biokunststoffe wieder zu Humus. Silikone (Bild) Ein Bild mit Infotext beschreibt Silikone als eine Gruppe synthetischer Polymere, Recycling (Bild / Grafik) Nur sortenreine Kunststoffabfälle, die zu den Thermoplasten gehören, lassen sich recyclen. Denn nur die Thermoplaste können eingeschmolzen und in neue Formen gebracht werden. 7

8 Verwendung im Unterricht Kunststoffe zählen zu den am meisten benutzten Werkstoffen der modernen Chemie und stellen einen besonderen Bestandteil der unmittelbaren Erfahrungswelt der Schülerinnen und Schüler dar. Der rasante technische Fortschritt des 20. und 21. Jahrhunderts und die Entwicklung unseres Lebensstandards wären ohne Kunststoffe nicht denkbar. Bereits in der Sekundarstufe I ist es daher wichtig, den Schülerinnen und Schülern einen ersten Bezug zu den Stoffeigenschaften von Kunststoffen sowie deren chemischen Grundlagen zu vermitteln. Die vorliegende DVD kann den Unterricht durch ihre vielfältigen Einsatzmöglichkeiten sinnvoll ergänzen. Der Schwerpunkt der DVD liegt auf den Lehrinhalten der Sekundarstufe I. Die DVD veranschaulicht die experimentelle Untersuchung von unterschiedlichen Kunststoffen und vermittelt so den Zusammenhang zwischen den Eigenschaften 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 der Sekundarstufe II werden Kunststoffe vor allem hinsichtlich ihres Aufbaus im Rahmen der Stoffgruppe der Kohlenwasserstoffe thematisiert. Auch für einen Einstieg in die Kohlenstoffchemie stellt die DVD anschauliches Material bereit. Der Hauptfilm eignet sich sowohl für eine eigenständige Unterrichtseinheit als auch zum begleitenden stückweisen Einsatz (Filmsequenzen) in Kombination mit geeigneten Schülerversuchen. Im ROM-Teil der DVD finden sich hierzu unter dem Menüpunkt Versuchsanleitungen zahlreiche Anregungen. Methodische Hinweise Im ROM-Teil der DVD stehen die Arbeitsblätter und die Filmkommentare als PDFund Word-Dokumente zur Verfügung. Die PDF-Dateien können ausgedruckt werden. Die PDF-Dateien zum Ausfüllen können direkt am Computer abgespeichert und ausgedruckt werden. Die Word-Dateien (im Ordner Arbeitsmaterial/Word_Dateien ) können individuell an die Unterrichtssituation angepasst werden. Das Materialangebot des ROM-Teils eröffnet Chancen für einen stärker schülerzentrierten, kreativen und ergebnisorientierten Unterricht. 8

9 Arbeitsmaterial Im ROM-Teil der DVD stehen Ihnen Hinweise zur Verwendung der DVD im Unterricht sowie Arbeitsblätter (mit Lösungen), eine ausführliche Stationsarbeit und weitere ergänzende Materialien zur Verfügung. Um die Arbeitsmaterialien zu sichten und auszudrucken, legen Sie die DVD in das DVD-Laufwerk Ihres Computers ein und öffnen Sie im Windows- Explorer den Ordner Arbeitsmaterial. Die Datei Inhaltsverzeichnis öffnet die Startseite. Über diese können Sie bequem alle Arbeitsmaterialien (PDF-Dokumente) aufrufen. Am unteren Rand der aufgerufenen Seiten finden Sie die Buttons Inhaltsverzeichnis und Startseite, die Ihnen das Navigieren erleichtern. Um die PDF-Dateien lesen zu können, benötigen Sie den Adobe Reader (Ordner Adobe ). Übersicht der Arbeitsmaterialien im DVD-ROM-Teil: Ordner Verwendung im Unterricht Arbeitsblätter Versuchsanleitungen Filmkommentare Begleitheft Programmstruktur Weitere Medien Links Materialien Hinweise zum Einsatz der DVD im Unterricht 7 Arbeitsblätter (z. T. mit Lösungen, z. T. als PDFs zum Ausfüllen) Eigenschaften von Kunststoffen Der erste Duroplast Verhalten von Thermoplasten und Duroplasten beim Erwärmen Herstellung von Bakelit (Versuch) Umschmelzen von Kunststoffabfällen Synthesegas aus Altkunststoffen Alles BIO oder was? 6 Versuchsanleitungen z. B. Knöpfe aus Milch, Herstellung eines Stärkeklebers, etc. Filmkommentare als PDF- und Word-Dokumente ausführliches Begleitheft zur DVD Übersicht über den Aufbau der DVD Informationen über ergänzende FWU-Medien kommentierte Linksammlung zum Thema 9

10 Programmstruktur Hauptmenü Untermenüs Kunststoffe Struktur und Eigenschaften Kunststoffe Struktur und Eigenschaften Film 18 min Kunststoffe Struktur und Eigenschaften Sequenzen Leuchtende Folien Film 2 min 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 im Vergleich Arbeitsmaterial Bilder/Grafiken Kunststoffe nach Maß 2:50 min Biokunststoffe 1:30 min Kunststoffe im Vergleich 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. Verwendung im Unterricht 7 Arbeitsblätter (z. T. mit Lösung) 6 Versuchsanleitungen Filmkommentare Begleitheft Programmstruktur Weitere Medien Links 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 10

11 Produktionsangaben Kunststoffe Struktur und Eigenschaften (DVD) Produktion FWU Institut für Film und Bild, 2010 DVD-Konzept Anne Berkmüller DVD-Authoring und Design msm-studios GmbH im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild Grafiken Marc Hermann, TRICKLABOR FWU Bildnachweis Cleaning supplies in a green bucket Irochka Fotolia (Coverbild) elmetto cantiere antonio guariglia Fotolia Wandsteckdose Lothar Drechsel Fotolia gummibänder Martin Fotolia Assorted Balloons Michael Flippo Fotolia Becher Bild im Bild Studio Fotolia Recycling Piotr Marcinski Fotolia Recycling 8 fotofuerst Fotolia Wikipedia: Achim Raschka, EvaK, Roland1952; Fotos aus der Wikipedia können nach der jeweils angegebenen Lizenz genutzt werden. Arbeitsmaterial Melanie Mörtlbauer Begleitheft Svenja Weiß Anne Berkmüller Pädagogische Referentin im FWU Anne Berkmüller Produktionsangaben zu den Filmen Kunststoffe Struktur und Eigenschaften und Leuchtende Folien Produktion Lopane-Film Im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2010 Drehbuch Katja Weirauch Regie Monika Latzel Kamera Axel Grabmann Schnitt Wolfgang Grimmeisen Computeranimation Marc Hermann, TRICKLABOR Sprecherin Cordula Hieber Fachberatung Ulrich Hammon Besonderer Dank an Katharina Daenzer Sophia Frenzel Lukas Manz Thomas Rapp, Bayer MaterialScience Tecnaro GmbH Redaktion Anne Berkmüller Nur Bildstellen/Medienzentren: öv zulässig 2010 FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 D Grünwald Telefon (089) Telefax (089) info@fwu.de vertrieb@fwu.de Internet 11

12 Didaktische FWU-DVD Kunststoffe Struktur und Eigenschaften Kunststoffe sind sehr vielfältig und sie begegnen uns überall im Alltag, in elastischen Gummibändern ebenso wie in feuerfesten Schutzhelmen. An anschaulichen Beispielen verdeutlicht die DVD den Zusammenhang zwischen der Struktur und den Eigenschaften der verschiedenen Kunststoffgruppen: Thermoplaste, Duroplaste, Elastomere. Im ROM-Teil der DVD stehen Arbeitsblätter, didaktische Hinweise, Versuchsanleitungen und weitere ergänzende Unterrichtsmaterialien zur Verfügung. Erscheinungsjahr: 2010 Laufzeit: 20 min Filme: 2 Filmsequenzen: 7 Bilder: 9 Sprache: Deutsch DVD-ROM-Teil: Arbeitsblätter: Unterrichtsmaterialien 7 (z. T. mit Lösungen, z. T. als PDFs zum Ausfüllen) Versuchsanleitungen: 6 Adressaten: Allgemeinbildende Schule (Klasse 6-11) Schlagwörter: Bakelit, Biokunststoff, Duroplast, Elastomer, Epoxidharz, Gummi, Kautschuk, kovalente Bindung, Lignin, Molekül, Monomer, Phthalat, Plastik, Polyamid, Polyethen, Polymer, Polypropen, Polystyrol, Polyurethan, Polyvinylchlorid, PVC, Recycling, Rohstoff, Silikon, Styropor, Thermoplast, Weichmacher, Wertstoff Systematik: Chemie Organische Chemie Kohlenwasserstoffe, Polymere Stoffe, Naturstoffe, Reaktionsmechanismen Angewandte Chemie Chemie in Alltag und Umwelt Physikalische Chemie Bindung, Struktur, Eigenschaften FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz Grünwald Telefon +49 (0) Telefax +49 (0) info@fwu.de Lehrprogramm gemäß 14 JuSchG GEMA Alle Urheber- und Leistungsschutzrechte vorbehalten. Nicht erlaubte / genehmigte Nutzungen werden zivil- und / oder strafrechtlich verfolgt. Systemvoraussetzungen bei Nutzung am PC: DVD-Laufwerk und DVD- Player-Software, empfohlen für Windows ME/2000/XP/ Vista/Windows Bestell-Hotline: +49 (0) vertrieb@fwu.de