Vollmer: KIS Köln HT TROPLAST AG Seite 1. Elisabeth Möllmann-Klaes, Norbert Driller

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1 Vollmer: KIS Köln HT TROPLAST AG Seite 1 Elisabeth Möllmann-Klaes, Norbert Driller Kopiervorlage 1 HT TROPLAST AG Lehrplananbindung Kopiervorlage / Unterrichtsinhalte, -ziele, -methoden S I/II S I Industrieunternehmen der Region (Sw, Ek, Ch, Bi) (1) Unternehmensprofil HT TROPLAST AG, Information über Kunststofferzeugnisse, Arbeitsorganisation Polyethen / Schaumstoffe / Treibmittel / Vernetzung (Bi, Ch) (2) Herstellung von PE-Schaumstoff im Unterricht (handlungsorientiert) (2) Vergleich von geschäumtem und ungeschäumtem PE (handlungsorientiert) (3) Massenkunststoff PE (Information, problemorientierte Aufgaben) (3) Herstellung vernetzter PE-Schaumstoffe (Information, Modell, problemorientierte Aufgaben) (3) Transfer: Schaumstoffe in Alltag und Technik (Information, Aufgaben) (4) Eigenschaftsprofil von geschäumtem und ungeschäumten PE im Vergleich; Verwendung für Alltagsprodukte (Zuordnungsaufgabe) S I Schweißen (Kunststoffschweißen) / Kleben / Fügetechniken / Möbius-Band (Ch, Ma, Ku) (5) Lösen von PVC in Tetrahydrofuran (handlungsorientiert) (5) Quellschweißen von Folie aus Weich-PVC (Teichfolie, Mipoplast) (5) Schweißen als Fügetechnik (Information, problemorientierte Aufgaben) (5) Erweiterung: Herstellung eines Möbius-Bandes (siehe hierzu didaktische Ergänzungen, S. 8) Materialien: Flüssig-PVC, Quellschweißmittel, schäumbare PE-Plättchen, PVC-Folie zum Quellschweißen I&S Gesellschaft für partnerschaftliche Beziehungen zwischen Industrie und Schule/Öffentlichkeit Kontaktschule Integrierte Gesamtschule Troisdorf Am Bergeracker Troisdorf Tel / o Bonn 1997 Mitarbeit und fachliche Beratung: Rainer Hardtke, Dr. Volker Hofmann, Dr. Martin Londschien, Karl-Heinz Wessel, Dr. Burkhard Voss (alle HT TROPLAST AG) Co-Autor: Christoph Merschhemke (I&S GmbH)

2 Seite 2 HT TROPLAST AG Vollmer: KIS Köln Kopiervorlage 1 HT TROPLAST AG - Kunststofferzeugnisse aus Troisdorf Troisdorf, die kleine Stadt zwischen Köln und Bonn, ist in einer besonderen Beziehung viel bekannter, als du vielleicht denkst. TROCAL, TROCELLEN, TROVIDUR... wann immer die Silbe TRO in der Bezeichnung für ein Kunststofferzeugnis auftaucht, liegt die Vermutung nahe, daß es sich um Kunststoffprodukte oder Werkstoffe aus Kunststoff handelt, die aus Troisdorf stammen. Die angesprochenen Markennamen bezeichnen einige der Erzeugnisse des Unternehmens HT TROPLAST AG, das seinen Standort mitten in Troisdorf hat. Obwohl das Unternehmen mehr als 2200 Mitarbeiter beschäftigt, wirst du es auf der Durchreise durch Troisdorf oder von der A 59 aus kaum erkennen, da die typischen Orientierungspunkte für Industriebetriebe - rauchende Schornsteine oder hohe Produktionsreaktoren, die den Besuchern den Weg zum Unternehmen weisen könnten - fehlen. HT TROPLAST AG, Kaiserstraße, Troisdorf Kunststoffe werden in Troisdorf bereits seit Beginn dieses Jahrhunderts produziert Die Frage nach dem Gründungsjahr eines Unternehmens ist meist eindeutig zu beantworten. Nicht so bei der HT TROPLAST AG. Sie ist ein junges und altes traditionsbehaftetes Unternehmen zugleich. Sie setzt unter ihrem Namen die Tradition der Dynamit Nobel AG fort, die an diesem Standort bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts Kunststoffe produziert hatte erwarb die Hüls AG die Kunststoffverarbeitung und Chemieproduktion der Dynamit Nobel und nannte das Unternehmen Hüls Troisdorf AG. Schnell überführte das Unternehmen den Chemiezweig in die Hüls AG - übrig blieben die Kunststoffaktivitäten. Der letzte große Umbruch fand 1994 statt, als die Hüls Troisdorf AG vom Rütgers Konzern übernommen wurde und den neuen Namen HT TROPLAST erhielt, wobei HT für Halbzeuge aus Troisdorf steht. Kunststoffe für Inline-Skates Die bei HT hergestellten Kunststoffprodukte sind dir sicherlich schon häufig im Alltag begegnet. Bodenbeläge aus PVC für Bad und Küche gehören ebenso dazu wie Kunststoffprofile für Fenster und Türen. Ein wichtiger Arbeitsbereich bei der HT TROPLAST AG sind aber auch harte und weiche Kunststoffschäume für den Fahrzeugbau sowie für den Sport-, Freizeitund Baubereich. So wird z.b. der Polyethen-Schaum mit dem Namen TROCELLEN, über den du auf den folgenden Arbeitsblättern Näheres erfährst, in Italien u.a. für die Herstellung von Inline-Skates verwendet. Ein typischer Verwendungszweck für diese PE-Schaumstoffe sind Schulter- und Körperpolster für Eishockeyspieler. Auch bei der Teichfolie in eurem Garten könnte es sich um ein Produkt aus Troisdorf handeln. Neue Arbeitsformen bei der HT TROPLAST AG 1996 wurde bei der HT TROPLAST AG unter dem Namen Teilautonome Arbeitsgruppe (TAG) für ausgesuchte Produktionsbereiche eine moderne Arbeitsform eingeführt. Eine TAG ist eine Gruppe von MitarbeiterInnen, die die Arbeiten an einem bestimmten Produkt gemeinsam planen und die notwendigen Arbeiten ausführen. Das Produkt wird somit eigenverantwortlich von der Gruppe hergestellt. Die einzelnen Mitglieder der Gruppe gestalten ihre Arbeitsplätze mit, es herrscht ein partnerschaftlicher Führungsstil und jedes Gruppenmitglied wird in Entscheidungen eingebunden. Die Mitglieder der Arbeitsgruppen entscheiden mit über... ihren Einsatz an den Maschinen den Personalaustausch zwischen den Gruppen die Auftragsabwicklung die Gestaltung des Arbeitsplatzes die Urlaubsplanung Veränderungen/Verbesserungen an ihren Maschinen. Denk nach und mach mit 1. Was verbirgt sich hinter dem Namen TROPLAST AG? 2. Die Erfahrung vieler Unternehmen zeigt, daß die Arbeit mit Teilautonomen Arbeitsgruppen (TAG) dem Betrieb und den Mitarbeitern viele Vorteile verschafft, die mit der herkömmlichen Arbeitsweise nicht erreicht werden können. - Was versteht man in diesem Zusammenhang unter herkömmlicher Arbeitsweise? - Welche Vor- und Nachteile sind mit der Einführung von TAGs deiner Meinung nach verbunden?

3 Vollmer: KIS Köln HT TROPLAST AG Seite 13 Kopiervorlage 12 Schaumstoffe aus Polyethen Bei der HT TROPLAST AG wird Polyethen, ein einfacher Massenkunststoff, der aus den Elementen Kohlenstoff und Wasserstoff besteht, zu Schaumstoff veredelt. Damit dieses gelingt, muß das Ausgangsprodukt Polyethen durch Zugabe bestimmter Stoffe vorbehandelt werden. Durch anschließendes Erhitzen wird der Schaumstoff gebildet. Welche Aufgabe diese Zusatzstoffe haben, sollst du mit den folgenden Versuchen selber herausfinden. Erhitzen von Kunststoffplättchen aus PE im Ofen Materialien: 1. Polyethenplättchen unbehandelt (ca. 4 x 4 cm) 2. Polyethenplättchen mit Zusatzstoff versetzt ( ca. 4 x 4 cm) Beobachtungsaufgabe: Vergleiche die beiden Proben vor- und nach dem Abkühlen. Durchführung: In einem auf 230 C vorgeheizten Ofen werden zwei Kunststoffplättchen aus Polyethen (ca. 4 x 4 cm) auf einer Metall-, Glasoder Porzellanplatte für einige Minuten erhitzt. Zwischen der Metall-, Glas- oder Porzellanplatte und den Kunststoffplättchen befindet sich Backpapier als Trennschicht. Entnimm die heißen Proben mit einer Tiegelzange (Verbrennungsgefahr!) aus dem Ofen. Arbeitsauftrag: Vergleiche das mit Zusatzstoff versetzte Polyethenplättchen vor und nach dem Erhitzen. Führe die folgenden Untersuchungen durch und trage die Beobachtungen in die Tabelle ein. vorgeschlagene Untersuchung mit Zusatzstoff vorbehandeltes Polyethenplättchen vor dem Erhitzen nach dem Erhitzen 1. Miß die Dicke der Probenstücke und vergleiche. 2. Wie fühlen sich die Kunststoffproben an (hart, weich, warm)? 3. Biege die Plättchen kurz um und vergleiche. 4. Betrachte die Schnittflächen (evtl. mit der Lupe). 5. Gib die Stücke in ein Gefäß mit Wasser. Vergleiche die Dichte und die Wasseraufnahmefähigkeit. 6. Sonstige Beobachtungen Aufgaben 1. Versuche, die Veränderung der mit dem Zusatzstoff versetzten Polyethenplättchen in der Hitze zu erklären. Welche Aufgabe hat dieser Stoff? 2. Wie könnte man den Zusatzstoff bezeichnen? 3. Nenne geschäumte Produkte des täglichen Lebens und beschreibe jeweils die Gründe für das Schäumen des jeweiligen Gegenstandes. Gymnastikmatte aus PE-Schaumstoff

4 Seite4 HT TROPLAST AG Vollmer: KIS Köln Kopiervorlage 13 Was ist Polyethen? Polyethen ist ein Massenkunststoff, der vor allem im Bereich des Verpackungswesens von großer Bedeutung ist. Ob Folien, Schalen, Tuben, Becher oder Flaschen, ob Eimer, Kanister oder Dosen - Polyethen läßt sich vielfach verwenden. Wann immer du auf eine Milchtüte oder Tragetasche schaust, ist die Chance groß, daß du das Kürzel PE als Symbol für den Kunststoff Polyethen entdeckst. Die Bedeutung von PE zeigt sich bereits darin, daß alleine die Rheinischen Olefinwerke (ROW) t dieses Kunststoffes pro Jahr an ihrem Standort zwischen Köln und Bonn produzieren. Die ROW beliefern auch die HT TROPLAST AG mit PE-Granulat, das dann zu Spezialprodukten wie z.b. Schaumstoff weiterverarbeitet wird. Herstellung vernetzter Polyethen-Schaumstoffe Informiere dich und recherchiere 1. PE wird auch als schnittfestes Erdöl bezeichnet. Erkläre den Zusammenhang. Polyethen + Treibmittel + Vernetzer Hitze Vernetzte Polyethen-Schaumstoffe Polyethen besteht aus langen Kohlenwasserstoffketten, die mehr oder weniger linear angeordnet sind. Zwischen den Ketten bestehen schwache Anziehungskräfte. Damit aus dem angelieferten Polyethen-Granulat gebrauchsfähige Schaumstoffe entstehen, werden Treibmittel und sogenannte Vernetzer hinzugegeben. Als Treibmittel werden unterschiedliche Stoffe verwendet. Häufig verwendet man chemische Treibmittel. Das sind z.b. Stoffe, die vor dem Erhitzen im Kunststoff gelöst werden und die sich in der Hitze unter Freisetzung von Gasen wie Kohlendioxid (CO 2 ) oder Stickstoff (N 2 ) zersetzen. 2. Welche Schritte sind nötig, um aus Erdöl Polyethen herzustellen? Welche Industriezweige werden benötigt, und warum ist die Nähe kunststoffverarbeitender Unternehmen zum Wirtschaftsraum Köln-Bonn besonders günstig? Polyethen ungeschäumt Zum Nachdenken und Nachforschen 3. Du hast gelernt, daß bestimmte Stoffe unter Hitzeeinwirkung zu Schäumen aufgebläht werden. Nicht immer ist dazu Hitze notwendig. Im täglichen Leben spielen mehr oder weniger stabile Schäume, die auch ohne Hitzezufuhr entstehen, eine wichtige Rolle. Nenne Beispiele. 4. Wie unterscheiden sich die Gebrauchseigenschaften von vernetztem PE-Schaumstoff und unvernetztem PE- Schaumstoff? Betrachte dazu die Zeichnungen rechts. 5. Beschreibe den Vorgang des Schäumens von PE-Granulat unter Verwendung eines chemischen Treibmittels. Was wird mit der Bezeichnung chemisches Treibmittel ausgedrückt? Polyethen geschäumt + vernetzt Polyethen geschäumt Was verbindet Hefeteig mit Polyethen-Schaumstoff? Träume sind Schäume, sagt der Volksmund und will damit andeuten, daß Schäume vergänglich sind. Daß dieses nur sehr begrenzt gilt, beweisen viele dauerhafte Naturprodukte mit schaumartiger Struktur: Naturschwamm, Kork, unsere Knochen, Tuffstein. Bei diesen ist durch den Einschluß von Luft (Gas) das Raumgewicht stark verringert. Weniger dauerhaft sind Schaumstoffe in der Küche. Aufgabe 6. Bei der Herstellung von Backwaren wie z.b. Hefeteig läuft ein ähnlicher Vorgang ab wie beim Schäumen von Polyethen. Vergleiche die beiden Vorgänge. Schaumstoffe aus PE Hefekuchen mit Sahne

5 Vollmer: KIS Köln HT TROPLAST AG Seite 15 Kopiervorlage 14 Anwendungsbereiche geschäumter Kunststoffe Polyethen-Schaumstoffe werden in Troisdorf seit 1972 unter dem Markennamen Trocellen hergestellt. Die folgenden Fotos zeigen einige der vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten für vernetzte PE-Schaumstoffe. Daneben werden aber auch Kunststoffartikel aus nicht geschäumtem Polyethen dargestellt. Es ist deine Aufgabe herauszufinden, auf welcher der Abbildungen Produkte aus geschäumtem und ungeschäumtem Polyethen dargestellt sind und welche Eigenschaften von Polyethen für die jeweilige Verwendung maßgeblich sind. A B C D Kofferraumauskleidung Verschlußklappe Rohrisolierung Skibelag E F G H Koffereinsatz Transportkiste Campingmatte Einkaufstüte Aufgabe Betrachte die Fotos und trage in die Tabelle ein. PE geschäumt (g), PE nicht Welche Eigenschaft des verwendeten Materials ist für die Bild Nr. geschäumt (ng) jeweilige Verwendung wichtig? A B C D E F G H

6 Seite 6 HT TROPLAST AG Vollmer: KIS Köln Kopiervorlage 15 Verschweißen von Teichfolie im Unterricht Ein spezielles Produkt der HT TROPLAST AG sind Teichfolien aus Weich-PVC. An Teichfolien werden besondere Anforderungen hinsichtlich Reißfestigkeit und Alterungsbeständigkeit gestellt. Ein besonderes Augenmerk gilt auch der Verarbeitung des Produktes im heimischen Garten. Damit die Teichfolie der jeweiligen Form des geplanten Gartenteichs angepaßt werden kann, müssen die Bahnen wasserfest und belastbar miteinander verbunden werden können. Dazu wird eine Fügetechnik angewendet, die man als Quellschweißen bezeichnet. Im folgenden sollst du Streifen von Teichfolie aus Weich-PVC mit Hilfe dieser Fügetechnik verbinden. Damit der Schweißvorgang stattfinden kann, wird als Quellschweißmittel Tetrahydrofuran verwendet. Welche Aufgabe dieser Stoff hat, sollst du in einem Vorversuch herausfinden. Sicherheitshinweis: Die Versuche müssen im Abzug durchgeführt werden, da Tetrahydrofuran und somit auch die PVC-Lösung gesundheitsgefährdend sind! Vorversuch: Verhalten von PVC gegenüber dem Quellschweißmittel Tetrahydrofuran Materialien: Reagenzglas, Reagenzglasständer, Tetrahydrofuran, Teichfolie (Mipoplast). Durchführung: Gib einen schmalen Streifen der zur Verfügung stehenden Teichfolie (1,5 x 12 cm) in ein Reagenzglas mit wenig Tetrahydrofuran und beobachte. Frage: Wie verhält sich die Folie in Tetrahydrofuran? Teichfolie aus PVC Tetrahydrofuran Verschweißen von Teichfolie aus PVC Materialien: Quellschweißmittel (Tetrahydrofuran), Teichfolie (Mipoplast), Flachpinsel ungeleimt (Borstenlänge etwa 4 cm), Haushaltshandschuhe Durchführung: Schneide aus der 1 mm dicken Folie zwei Bänder aus 10 cm Breite und 1 m Länge Verschweiße die Enden nach der untenstehenden Vorschrift unter dem Abzug! zu einem geschlossenen Ring. Aufgabe: Prüfe die Qualität der geschweißten Verbindung. Versuchsvorschrift für das Quellschweißen von Teichfolie aus Weich-PVC (Mipoplast) Die trockenen, sauberen Verbindungsflächen werden mit Quellschweißmittel angelöst und unter Druck verbunden. Dazu wird das Quellschweißmittel mit dem Flachpinsel in die Überdeckung (ca 4 cm) eingebracht. Die obere und untere Fläche werden in einem Zug mit dem Quellschweißmittel versehen und anschließend sofort mit der Hand (Handschuhe!) zusammengedrückt. Sichere die Kanten auf beiden Seiten mit PVC-Lösung. (Sollte die PVC-Lösung zu zähflüssig sein, verdünne mit dem Quellschweißmittel Tetrahydrofuran). Drum prüfe,... ob sich wirklich... bindet! - Schweißen von Kunststoffen Für die Verbindung von Folienbahnen aus PVC wird eine Fügetechnik angewendet, die man als Schweißen bezeichnet. Beim Kunststoffschweißen werden verschiedene Verfahren angewendet: Thermoplastische Kunststoffe, also Kunststoffe, die in der Wärme (zäh)flüssig werden, können unter Hitzeeinwirkung und Druck vereinigt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die zu verbindenden Kunststoffe an den Verbindungsstellen durch ein Lösemittel zu erweichen und zu quellen, um damit die Kunststoffmoleküle in eine bewegliche Form zu bringen. Anschließend werden die gequollenen Kunststoffflächen unter Druck vereinigt. Ein Beispiel für dieses Verfahren ist das im Unterrichtsversuch durchgeführte Quellschweißen von PVC-Bahnen. Aufgaben 1. Vergleiche das Schweißen von Kunststoffen durch Hitzeeinwirkung mit dem Quellschweißen von PVC. Welche Unterschiede bestehen und worin gleichen sich die Verfahren? 2. Nenne Gegenstände, die durch Schweißen miteinander verbunden werden und beschreibe die Verfahren. 3. Die häufigsten Fügetechniken für das Verbinden von Kunststoffteilen sind Schweißen und Kleben. Welcher wesentliche Unterschied besteht zwischen diesen Fügetechniken?

7 Vollmer: KIS Köln HT TROPLAST AG Seite 17 Didaktische Kopiervorlage Bemerkungen 61 Einsatzmöglichkeiten der Kopiervorlagen im Normalunterricht und Anbindung an die Lehrpläne Die Arbeitsblätter zum Thema PE-Schaumstoffe können im Fach Chemie, aber auch im Fach Biologie oder im Differenzierungsbereich der Sekundarstufe I auf verschiedenen Ebenen des Unterrichtsgeschehens verwendet werden. In der Sekundarstufe I kann so z.b. ein Bezug hergestellt werden zu einem Thema Funktion und Vorkommen permanenter und temporärer Schäume in Natur, Technik und Haushalt. Als Beispiel hierfür könnte zum Aspekt Gewichtserleichterung durch poröse Stoffe eine Querbeziehung zu den porösen Knochen der Vögel hergestellt werden. Zentraler Einsatzort für die Arbeitsblätter ist aber der Wahlpflichtkurs Kunststoffe in der Jahrgangsstufe 10. Auf dieser Stufe wird das Thema Schaumstoffe phänomenologisch behandelt. Eine vertiefende Betrachtung der Ablaufprozesse beim chemischen Schäumen und bei der Vernetzung durch Radikalkettenpolymerisation erfolgt als Erweiterung der Arbeitsblätter in der Sekundarstufe II. Kopiervorlage 5 behandelt das Quellschweißen von PVC-Folie. Das Arbeitsblatt könnte z.b. im Fach Technik zum Thema Fügetechniken verwendet werden. Ein Vergleich der Fügetechniken Schweißen und Kleben bereichert sicherlich auch das Fach Chemie in der Jahrgangsstufe 9/10. Zum Thema Klebstoffe sei an dieser Stelle auf die Materialien zur Kooperation mit der Wakker-Chemie hingewiesen. Als Ergänzung zum Arbeitsblatt 5 lassen sich Querverbindungen zu den Unterrichtsfächern Mathematik und Kunst entwickeln. Durch geringfügige Modifikation der beschriebenen Versuchsdurchführung zum Verschweißen von Teichfolie kann anstelle eines Ringes durch verdrehtes Aneinanderfügen ein sogenanntes Möbius-Band erstellt werden, dessen Charakteristik darin besteht, keine definierte Fläche zu besitzen. Weitere Hinweise hierzu siehe unten (A. Bemerkungen zu den Kopiervorlagen). Das nachstehende Fließschema gibt einen Überblick über die Einsatzmöglichkeiten und die mögliche Abfolge der Kopiervorlagen: Informationen, Bemerkungen, Lösungen A. Bemerkungen zu den Kopiervorlagen Kopiervorlage 2 Ergänzend zu den vorgeschlagenen Untersuchungen zur Unterscheidung von geschäumtem und ungeschäumten Polyethen könnte auch die wärmeisolierende Wirkung geschäumter Kunststoffe gezeigt werden, indem man z.b. Kunststoffbecher aus geschäumten und ungeschäumten Kunststoffen mit heißer Flüssigkeit füllt und vergleicht. Kopiervorlage 3 Die Schüler sollen verstehen, daß aus einem (thermoplastischen) Kunststoff ein Schaumstoff hergestellt werden kann, indem der Kunststoff in der Hitze erweicht und durch Treibmittel gebläht wird. Anlehnungen an Alltagserfahrungen, wie z.b. die Herstellung von Hefeteig, sind erwünscht.

8 Seite 8 HT TROPLAST AG Vollmer: KIS Köln Kopiervorlage Didaktische Bemerkungen 1 Weiterhin sollen die Schüler erkennen, daß vernetzte PE-Schaumstoffe stabiler und elastischer als nicht vernetzte PE-Schaumstoffe sind. Dabei ist es sinnvoll, entsprechendes Anschauungsmaterial (vernetzte und unvernetzte PE-Schaumstoffe) im Unterricht einzusetzen. Kopiervorlage 5 Das Arbeitsblatt beinhaltet eine Arbeitsanweisung zum Verschweißen von PVC-Folie (Teich-Folie). Dabei wird ein 10 cm breiter und 100 cm langer Streifen Folie an den Enden verschweißt und zu einem Ring geschlossen. In Ergänzung zu dieser Versuchsanleitung könnte statt eines unverdrehten Bandes ein einfach verdrehtes Band angefertigt werden, das die äußere Erscheinung einer versetzten 8 aufweist und als sogenanntes Möbius-Band bezeichnet wird. Ein Möbius-Band stellt das typische Beispiel für eine kognitive Inkongruenz dar, die die Schüler erstaunen dürfte und die Künstler und Mathematiker immer wieder inspiriert hat. Im Gegensatz zum Ring mit zwei definierten Flächen ist ein Möbius-Band dadurch gekennzeichnet, daß es keine festumrissene Fläche aufweist. Die beiden Flächen des Ringes gehen ineinander über, es gibt keinen Anfang und kein Ende. Die Arbeitsaufträge reichen in den Kunst- und Mathematikunterricht (Topologie) hinein. Möbius-Band - Herstellungsanweisung und Arbeitsaufträge 1. Schneide aus 1 mm dicker PVC-Folie (Teichfolie) ein Band aus 10 cm Breite und 100 cm Länge 2. Verschweiße das Band nach Vorschrift : a. unverdreht (geschlossener Ring) b. einfach verdreht (Möbius Band) Mögliche Aufgaben: Fahre mit einem Modellauto über die Ebenen der erstellten Figuren. Zeichne mit Pfeilen den Weg über die Ebene. Wie viele Ebenen weisen die jeweiligen Bänder auf? Zeichne auf das Möbius-Band Lebewesen oder Gegenstände (nach M.C. Escher, siehe Zeichnungen rechts). Auch der holländische Grafiker M.C. Escher hat sich von der Faszination der Möbius-Bänder inspirieren lassen. B. Hilfen und Hinweise zur Beantwortung der Fragen und Aufgaben Kopiervorlage 1 Aufgabe 1 Plaste (Kunststoffe) aus Troisdorf. Aufgabe 2 Das Unternehmen will die Kompetenzen der Mitarbeiter besser nutzen. Erzielt wird eine größere Flexibilität der Produktionsabläufe. Durch die angestrebte wirtschaftlichere Gestaltung der Kopiervorlage 2 Aufgabe 1 Der thermoplastische Kunststoff Polyethen wird in der Hitze weich. Der Zusatzstoff geht bei hohen Temperaturen in den Gaszustand über und schäumt den Kunststoff auf. Kopiervorlage 3 Aufgabe 1 Polyethen besteht wie Erdöl aus einem Gemisch von Kohlenwasserstoffen unterschiedlicher Länge. Da die Kohlenwasserstoffketten im Polyethen viel länger als die im Erdöl sind, ist Polyethen bei Raumtemperatur ein fester Stoff. Aufgabe 2 1. Destillation der Erdölfraktion, Gewinnung von Rohbenzin (Raffinerie; z.b. DEA und Shell) 2. Cracken von Rohbenzin, Gewinnung von Ethen (Raffinerie, Petrochemie, Chemische Industrie; z.b. ROW) 3. Polymerisation von Ethen zu Polyethen (Chemische Industrie; z.b. ROW) Arbeitsabläufe sollen die Fertigungskosten gesenkt werden und die Preise wettbewerbsfähig bleiben. Die Mitarbeiter sollen durch Mitbestimmung und partnerschaftlichen Führungsstil stärker motiviert werden. Die Gruppenarbeit bedeutet aber für den einzelnen auch, mehr Verantwortung zu übernehmen. Aufgabe 2 Der Zusatzstoff könnte als Blähmittel, Treib- oder Triebmittel (wie Backtriebmittel) bezeichnet werden. Aufgabe 3 z.b. Becher aus geschäumten Kunststoffen (Wärmeisolierung) oder Rasierschaum (Oberflächenvergrößerung). Im Wirtschaftsraum zwischen Köln und Bonn ist die erdölverarbeitende Industrie und die Petrochemie besonders stark vertreten (z.b. DEA, Shell, ROW). Aufgabe 3 Z.B. Eischnee und Sahne durch Einschlagen von Luft. Aufgabe 4 Vernetzter PE-Schaumstoff ist stabiler und elastischer als nicht vernetzter PE-Schaumstoff.

9 Vollmer: KIS Köln HT TROPLAST AG Seite 19 Didaktische Kopiervorlage Bemerkungen1 Aufgabe 5 Unter Hitzeeinwirkung wird Polyethen weich. Das chemische Treibmittel wird in der Hitze zersetzt und bildet als Produkt der chemischen Reaktion Gase, die das weiche Polyethen aufschäumen. Der Vorgang heißt chemisches Schäumen, weil zur Gasbildung eine chemische Reaktion stattgefunden hat. Kopiervorlage 4 Aufgabe 6 Dem beschriebenen Schäumen von Polyethen liegt ein chemischer Prozeß (Zersetzung eines Stoffes unter Hitzeeinwirkung in gasförmige Produkte) zugrunde. Der weiche Hefeteig wird gebläht, weil in biochemischem Prozeß Kohlendioxidgas als Stoffwechselprodukt von Hefezellen freigesetzt wird. Auch das Blähen von Hefeteig kann somit als chemisches Schäumen bezeichnet werden. Bild Nr. PE geschäumt (g), PE nicht geschäumt (ng) Welche Eigenschaft des verwendeten Materials ist für die jeweilige Verwendung wichtig? A g Rutschfestigkeit, Wärme- und Geräuschisolierung, geringes Gewicht B ng Dichtigkeit, Flexibilität C g Wärmeisolierung D ng Festigkeit, Steifigkeit, Gleiteigenschaften E g Schwingungsdämpfung F ng Festigkeit, geringes Gewicht G g Wärmeisolierung, Dämpfung H ng Flexibilität, Festigkeit, Dichtigkeit Kopiervorlage 5 Aufgabe 1 Quellschweißen kann im Gegensatz zum Schweißen durch Hitzeeinwirkung als Kaltschweißen bezeichnet werden. In beiden Fällen ( heißes und kaltes Schweißen ) werden die Kunststoffmoleküle an den Schweißflächen in einen beweglichen Zustand überführt. Aufgabe 2 Beispiele für Gegenstände, die durch Schweißen verbunden werden: Metalle werden durch Hitzeeinwirkung und Verflüssigen miteinander verschweißt. Aufbewahrungsbeutel aus PE oder PP werden mit für diesen Zweck entwickelten Kunststoffschweißgeräten verschlossen. Durch Hitzeeinwirkung wird hierbei eine dünne Schweißnaht gebildet. Aufgabe 3 Beim Schweißen werden die Fügeteile durch Hitzezufuhr oder Lösemittel in ihrem molekularen Gefüge verändert. Die Verbindung zwischen den Fügeteilen wird durch das Material erzeugt, aus dem die Werkteile aufgebaut sind. Beim Kleben werden die Fügeteile nicht in ihrem molekularen Gefüge verändert. Die Verbindung zwischen den Fügeteilen wird durch einen Klebstoff hergestellt, der in seiner stofflichen Zusammensetzung nicht identisch mit der der Fügeteile ist. Hintergrundinformationen zu... HT TROPLAST (Historie der Kunststoffe aus Troisdorf) 1865 Gründung der Alfred Nobel & Co., Hamburg 1877 Umfirmierung in Dynamit-Actien-Gesellschaft. Ab 1905 Celluloid und Cellon, Cellonex-Herstellung nach 1918 Beginn der eigentlichen Kunststoff-Produktion und Prägung des Begriffes TROISDORFER KUNSTSTOFFE ab 1924 Herstellung von Phenolharzen + Phenolpressmassen 1926 Schließung von Interessengemeinschafts-Verträgen mit der IG-Farben-AG zur Förderung der Kunststoff-Produktion 1931 Fusion mit der Rheinisch-Westfälischen Sprengstoff-Aktiengesellschaft (RWS); RWS stellte bereits 1905 Celluloid her, ab 1920 Aufnahme vielseitiger Kunststoff-Produktionen 1934 Erwerb der Eckert & Ziegler GmbH (Spritzgußmassen und -formen) und des Unternehmens Rheinisches Spritzgußwerk GmbH (Spritzgußartikel aus thermoplastischen Massen) 1954 Gründung Dynarohr-Werk GmbH, Mülheim/Ruhr (Beteiligung 50 %) 1959 Umbenennung in Dynamit Nobel Aktiengesellschaft %-Beteiligung an Dyna-Plastik-Werk-GmbH, Bergisch Gladbach (PVC-Rolläden) 1963 Übernahme Dynarohr-Werk GmbH 1988 Übernahme der Kunststoff- und Chemie-Aktivitäten der Dynamit Nobel AG durch die Hüls AG, Marl, unter dem Namen Hüls- Troisdorf AG 1989 Spezialisierung der Hüls-Troisdorf AG auf Kunststoff-Verarbeitung 1994 Übernahme des Geschäftsbetriebes der Hüls-Troisdorf AG durch die HT-TROPLAST AG, Troisdorf, - ein Unternehmen des Rütgers- Konzerns Trocellen Der vernetzte Polyethen-Schaumstoff mit dem Markennamen TROCELLEN wird in Troisdorf seit 1972 zunächst von Dynamit Nobel, ab 1989 von der HT TROPLAST AG hergestellt. Gegenüber dem Ausgangsmaterial, dem Massenkunststoff Polyethen (PE), den die HT TROPLAST AG von den großen Kunststoffproduzenten ROW und BP bezieht, zeigt das geschäumte Produkt durch die spezielle Aufbereitung deutlich veränderte Eigenschaften, die es vielfältig einsetzbar machen: Eigenschaften vernetzter PE-Schaumstoffe (Trocellen) Geringe Rohdichte ( kg/m 3 ) Hohe Elastizität und dadurch gute akustische und mechanische Dämpfung Wasserdichtigkeit und minimale Feuchtigkeitsaufnahme Geringe Wärmeleitfähigkeit typischer Einsatz als Polsterung und Isolation in Automobilen Campingmatten, Schuheinlagen, Elastikschichten in Prallwänden und unter Kunstrasen, Innenverkleidung für Autos, Verpackungen Schwimmkörper Wärme- und Kälteisolierungen, Campingmatten

10 Seite 10 HT TROPLAST AG Vollmer: KIS Köln Hintergrundinformationen Kopiervorlage 1 Vernetzte Schaumstoffe Bei der Herstellung von Schaumstoffen kommt es darauf an, die Schmelze des Kunststoffes in einem geeigneten viskosen Zustand durch Treibmittel unter Bildung möglichst feiner, geschlossener Zellen aufzublähen. Man unterscheidet grundsätzlich zwischen physikalischen und chemischen Treibmitteln: Als physikalische Treibmittel dienen leichtsiedende Flüssigkeiten oder Gase, die unter Druck in dem zu schäumenden Stoff gelöst werden. Bei der Druckentlastung oder Temperaturerhöhung führt die Gasbildung zur gewünschten Schaumbildung. Beispiele: Rasierschaum (Treibgas Alkan), Sahneschaum (Treibgas N 2 O), Styropor (Treibgas: früher FCKW, heute Pentan/ Hexan). Chemische Treibmittel dagegen zersetzen sich beim Erhitzen unter Gasbildung und schäumen die Stoffe dadurch auf. Das bekannteste chemische Treibmittel ist Backpulver, das in der Hitze CO 2 abspaltet und so den Teig aufbläht: T NH4HCO3 NH 3 + CO 2 + HO 2 Um Kunststoff zu schäumen, mischt man den Kunststoffen chemische Treibmittel wie Azo-Verbindungen bei. Das meist verwendete Treibmittel ist der Feststoff Azodicarbonamid, der sich bei Temperaturen um 200 C unter Gasbildung zersetzt: T HN 2 C N N C NH 2 N 2 + Harnstoff O O Um die Haltbarkeit des PE-Schaumstoffes zu verbessern und um ihn elastischer zu machen, findet während des Aufschäumens noch eine Vernetzung der PE-Kettenmoleküle statt. Aus dem thermoplastischen Polyethen entsteht auf diese Weise das elastomer vernetzte Polyethen (PE-X) mit ca. 5 Vernetzungen auf 1000 C-Atomen. Die Vernetzung erfolgt radikalisch mittels radioaktiver Bestrahlung (physikalische Vernetzung) oder durch chemische Vernetzungsmittel (chemische Vernetzung). Dies sind peroxidische Radikalstarter vom Typ R - O - O - R, wobei R = -C (CH 3 ) 3 oder -C 6 H 5. Das Vernetzungsmittel zersetzt sich noch unterhalb der Aufschäumtemperatur zwischen 100 C und 150 C in Radikale, die eine Radikalkettenreaktion zur Vernetzung der PE-Ketten auslösen: 100 C R O O R 2R O. Das Vernetzen und Aufschäumen findet bei der Trocellen- Herstellung in zwei Temperaturstufen statt: Edukt PE (mit geringer Beimengung an Treibmittel und Vernetzer) C PE-X C Produkt PE-X-Schaumstoff (TROCELLEN) Neben der chemischen Vernetzung läßt sich Polyethen auch durch Elektronenstrahlen und γ-strahlen vernetzen ( physikalische Vernetzung ). Literatur: 1. Naturwissenschaft im Unterricht Physik/Chemie: Themenheft Kunststoffe; 4/86, Friedrich Verlag, Seelze 2. CHAMBA - Chemieaufgaben mit Bezug zur modernen Technik und Arbeitswelt; Martin Engerer und Marion Lederer, Ernst Klett Schulbuchverlag, Die Welten des M.C. Escher; Manfred Pawlak Verlagsgesellschaft MbH, Herrschinng, 1971 Kontaktinformationen 1. Ansprechpartner Für PE-Materialien: Dr. Burkhard Voss (Leiter der Entwicklung PE-Schäume), HT-TROPLAST AG, Kaiserstraße, Troisdorf, Tel.: / Für Folien: Dr. Martin Londschien (Leiter Stoff- und Systemprüfung), c/o HT TROPLAST AG, Tel.: / Unterrichtsmaterialien, Informationsmaterialien Das Unternehmen stellt verschiedene Informationsbroschüren zu den behandelten Themen zur Verfügung (Ansprechpartner siehe unter Punkt 1). 3. Betriebsbesichtigungen und Betriebspraktika Mit Wünschen bezüglich Betriebsbesichtigungen und Betriebspraktika wenden Sie sich bitte an: HT TROPLAST AG, Personalabteilung, Frau Fritz, Kaiserstraße 1, Troisdorf 4. Ausbildungsplätze, berufliche Möglichkeiten Das Unternehmen bildet aus zum(r): Industriekaufmann/-frau Kunststofformgeber/-in Industriemechaniker/-in Energieelektroniker/-in Für Fragen zu beruflichen Möglichkeiten wenden Sie sich bitte an Frau Fritz (siehe Punkt 3).