Einleitung

Als zu Beginn des Schuljahres 2009/10 der Dokumentarfilm „Plastic Planet“ in den österreichischen Kinos anlief, sahen viele Klassen unserer Schule diesen Beitrag. Regisseur Werner Boote zeigte in seinem Beitrag Informationen, die Schülerinnen und Schüler aufwühlte. Zwei Klassen behandelten den Film in ihrem Unterricht: Die Schülerin Maria Masser aus der 6A gestaltete ein Power Point Präsentation, die sie im Biologieunterricht bei Prof. Barbara Planko-Lang präsentierte. Für die Schülerinnen und Schüler der 7C Klasse war es nahe liegend, das Thema „Kunststoffe“ mit Frau Prof. Charlotte Friedrich im Chemieunterricht von allen Seiten kennen zu lernen und in praktischen Versuchen zu bearbeiten.

Neben einer Zusammenfassung der Filmdokumentation und einer allgemeinen Besprechung der 1. Kunststoffe folgen Versuchsprotokolle zur Bestimmung von Alltagskunststoffen: 2. Beilsteinprobe, 3. Brennprobe und 4. Schwimmprobe. Aber Kunststoffe wurden auch hergestellt. So findet man die „Rezepte“ für 5. Nylon und für 6. Slime.



Alle Versuche wurden am „Tag der offenen Tür“, der am 11.12.2009 statt fand, durchgeführt.



Ziele der Projekte zum Thema „Plastic Planet“ war die Verarbeitung der umfangreichen Informationen, das Erwerben fachspezifischen Wissens. Dies dient als Grundlage kritischer Beurteilung der Vor- und Nachteile der Problematik rund um Kunststoffe. In den folgenden Beiträgen der Schülerinnen und Schüler kann man unter dem Punkt „Persönlichen Eindrücke“ die Erreichung der Ziele nachvollziehen.

Filmtrailer

"Plastic Planet" (Inhalt des Films)

 Bobik Lukas, Schlösser Alexander

Inhalt des Filmes:

Jährlich werden etwa 240 Millionen Tonnen Kunststoffe produziert.
Allein in Europa sind es ungefähr 60 Millionen Tonnen.

Die Kunststoffindustrie macht 800 Milliarden Umsatz pro Jahr.
In Europa verdienen mehr als eine Million Menschen ihr tägliches Brot in der Kunststoffindustrie.

4 Prozent der aus den Raffinerien kommenden Erdölprodukte werden in der Kunststoffindustrie verbraucht.
Jeder Industriezweig ist heute auf Kunststoffe angewiesen.


Es wird jedoch kaum Kunststoff recycelt. So werden von den jährlich 14 Millionen Tonnen Styropor nur 1% wiederverwendet.

In Österreich werden jährlich rund 1 Million Tonnen Kunststoff verwendet.
Alleine in Salzburg fallen dadurch 10.000 Tonnen Kunststoff im Restmüll an.

Kunststoffmüll im Meer

80% des Kunststoffmülls kommen über Flüsse in die Ozeane.
Diese beinhalten zur Zeit 18.000 Plastikteile pro km².
Verschiedene Tiere fallen diesem Müll zum Opfer, da sie es mit Nahrung verwechseln.

Biokunststoff


Biokunststoff ist eine ungiftige, biologisch abbaubare Alternative.
Der anteil an Biokunststoff beträgt heute nur 0,2%. Die Branche geht davon aus, dass bis Ende 2030 der Anteil bei 15 – 20% liegen wird.
Der Anbau von Weizen, Mais, Kartoffeln oder Zuckerrüben müsste massiv erweitert werden.


90 Prozentd des weltweit produzierten Kunststoffe sind in der Reihenfolge ihrer Häufigkeit:

Polyethylen (PE)

Produkte: z.B. Getränkekästen, Fässer, Schüsseln, oder „Plastiksackerl“, Folien,...


Polypropylen (PP)

Produkte: z.B. „Plastiksackerl“, Lebensmittelverpackungen, medizinische Geräte, Sitzbezüge,...



Polyvinylchlorid (PVC)

Hart-PVC
Produkte: z.B. Abflussrohre, Fensterprofile,...

Weich-PVC

Produkte: z.B. Bodenbeläge, Dichtungen, Schläuche, Kunstleder, Tapeten, Dachbahnen, LKW-Planen, Kleidung, Babyartikel, Kinderspielzeug, Schlauchboote, Schwimmreifen...

Probleme:
PVC verursacht von der Produktion bis zu seiner Entsorgung eine Vielzahl gravierender Gesundheits- und Umweltprobleme (Chlor). Bei der Verbrennung werden giftige Dioxine gebildet.
Um dem an sich harten und spröden Material die gewünschte Eigenschaft zu verleihen, werden PVC so genannte Weichmacher (Phthalate) zugesetzt. Die Weichmacher sind im Kunststoff nicht fest gebunden und können verdampfen, ausgewaschen oder abgerieben werden.
Weich-PVC kann bis zu 70 % aus gesundheitsschädlichen Weichmachern (Phthalate) bestehen.
Es wurden auch hohe Nonyphenolwerte (giftig, hormonell wirksam) in Weich-PVC festgestellt (z.B. in Babypuppen und Lebensmittelfolien).

Polystyrol (PS)

Produkte:
z.B. Styropor, Isolierung elektrischer Kabel, Gehäuse, Schalter, Verpackungen, Verpackungsfolien, Joghurtbecher,…

 Es wird nur ein Prozent der jährlich erzeugten 14 Millionen Tonnen Styropor recycelt.


Probleme:
Bei der Herstellung von Polystyrol kommt das Krebs erregende Benzen zum Einsatz, die Verarbeitung führt zur Freisetzung des karzinogenen Styroloxids.

Polyurethan (PU)

Produkte:
z.B. Textilfaser Elastan, Polyurethanschaumstoffe wie Matratzen, Autositze, Sitzmöbel, Küchenschwämme, Dämmstoffe,...

Probleme:
Mittlerweile gibt es auch eine chlorfreie Produktionsweise, doch bei der Verbrennung werden zahlreiche gefährliche Chemikalien wie Isocyanate, Blausäure und Dioxine freigesetzt.

Polyethylenterephthalat

C-PET-Produkte:

z.B. Teile von Haushalts- und Küchengeräten, Computer, Maschinenbauteile (Zahnräder, Lager, Schrauben, Federn, ...), Sicherheitsgurte, LKW-Abdeckplanen, medizinische Implantate wie beispielsweise Gefäßprotesen,...

PET-Produkte:
 z.B. Getränkeflaschen, Verpackungen für Lebensmittel und Kosmetika,...

Für die Herstellung von PET-Flaschen kann bis zu 30 % recyceltes PET eingesetzt werden.

Probleme:

PET gibt mit der Zeit gesundheitsschädigendes Acetaldehyd (Ethanal) in die Flüssigkeit ab, deshalb wurden in PET-Flaschen anfangs nur süßliche, den Beigeschmack kaschierende Getränke abgefüllt. Die PET-Flaschenhersteller geben an, dieses Problem inzwischen in den Griff bekommen zu haben. PET-Flaschen können mit einem speziellen Blocker erzeugt werden, der das Acetaldehyd im PET bindet.


Persönliche Eindrücke:

Nach dem Kinofilm wurde uns erstmals klar, dass Kunststoffe wirklich überall im Einsatz sind.

Seit dem Film versuchen wir vor allem die Getränkeflaschen aus Kunststoff so gut es möglich ist zu meiden. Dies ist jedoch kaum möglich, da es heutzutage kaum mehr Getränke in Glasflaschen zu kaufen gibt.

Ich (Alex) habe daheim einen kleinen Bruder, der immer aus einer Babyflasche aus Kunststoff trank , jetzt trinkt er aus einen Glasflasche.

Mir (Lukas) hat der Film gut gefallen, es war aber erschreckend wie viel Kunststoff produziert wird der in weiterer Folge die Umwelt verschmutzt.

Interview: Warum Kunststoffe problematisch sein können.

1.Kunststoffe (allgemeiner Überblick)

Rath Thaddäa Resi, Frohmann Lisa Michaela, Eckhardt Johanna

Als Kunststoff  bezeichnet man einen Festkörper, dessen Grundbestandteile synthetisch oder halbsynthetisch aus monomeren organischen Molekülen hergestellt wird.


Einteilung:

Thermoplaste
o Innere Struktur: lange, lineare Molekülketten.
o Sie werden duch Energiezufuhr weich, formbar und sie schmelzen.
o Dieser Prozess ist reversibel (lat. umkehrbar).

Häufig verwendete Kunststoffe fallen in diese Gruppe (Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyester), aus denen einfache Konsumwaren, Verpackungen, technische Teile in der Automobil- und Elektroindustrie und Bauindustrie produziert werden.


Duroplaste
o Innere Struktur: Lange Molekülketten, die oft dreidimensional vernetzt sind.
o Sie sind durch Erwärmung nicht plastische verformbar, sondern sie zersetzen sich.
o Ausgehärtete Duroplaste sind hart und spröde.

Der verbreiteste und ältester Kunststoff dieser Klasse ist der "Bakelit".
Weitere Duroplaste sind Polyester (PES), Polyurethanharze für Lacke, Oberflächenbeschichtungen und Kunstharze (Epoxide).


Elastomere
o Innere Struktur: Geknäulte Polymerketten
o Durch Erwärmen werden sie nicht weich.
o Die außere Form ist durch Druck oder Dehnung kurzzeitig veränderbar.
o Sie sind in den meisten Lösemitteln unlöslich.

Verwendung in Hygieneartikeln, Gummihandschuhe, Gummimischungen von Autoreifen



Thermoplastische Elastomere
o Innere Struktur: Weitmaschig vernetzte Raumnetzmoleküle.
o Sie sind eine  Mischung aus Duro- und Thermoplasten und beim Erhitzen verformbar.


Einteilung nach Herstellung:

Polymerisation:
o Aneinanderfügen von Monomeren zu langen Ketten
Z.B.: Polyethylen und Polypropylen


Polykondensation:
o Bildung von Ketten unter Abspaltung von Nebenprodukten z.B. Wasser
Z.B.: Polyester und Polyamide


Polyaddition:
o Bildung von Polymeren ohne Abspaltung von Nebenprodukten
Z.B.: Polyurethan


Allgemeine Eigenschaften der Kunststoffe:

Dichte und Festigkeit
Die Dichte der meisten Kunststoffe zwischen 800 und 2200 kg/m3.
Sie sind leichter als Metalle oder keramische Werkstoffe.
Durch ihre Widerstandsfähigkeit  ideal als Gebrauchsgegenstände für Kinder.

Chemische Beständigkeit
Sie sind beständig gegenüber anorganische Stoffen (Mineralsäuren, Laugen, wässrige Salzlösungen) aber
empfindlich bezüglich organische Lösungsmittel (Alkohole, Aceton, Benzin.
Diese Eigenschaften machen sie ideal für den Einsatz bei Haus-/ Elektrogeräte, Fahrzeugausstattungen, Spielzeugen.

Niedrige Verarbeitungstemperaturen
Die Verarbeitungstemperaturen bewegen sich zwischen 250 bis 300 °C . So ist ihre Verarbeitung mit geringem Energieaufwand möglich und man kann gut Farbpigmente und Fasern einarbeiten.



Niedrige Leitfähigkeiten
Die Leitfähigkeit für Wärme und elektrischen Strom liegt deutlich unter der von Metallen. Daher sind Kunststoffe sehr gute Dämmstoffe und werden zur Isolation von elektrischen Leitungen und Kabeln verwendet.

2. Die Beilsteinprobe

Kosog Kari, Fellendorf Ansgar

Grundlagen:

Wenn man halogenhältige Kunststoffe (außer fluorhältige Polymere) in eine Flamme hält, bilden sich in Zusammenhang mit metallischem Kupfer leicht flüchtige Kupferhalogenide, welche eine grüne Flamme erzeugen. Ein positives Ergebnis kann aber auch zugegebene Additive, wie z.B. Flammenschutzmittel (enthält Halogene) beweisen.

Benötigte Materialen:

Geräte: 
o Bunsenbrenner
o Pinzette


Chemikalien:

o Kupfer oder Kupferdraht

o verschiedene Kunststoffproben

Durchführung:

Das Ende des Kupferstückes wird in der Bunsenbrennerflamme ausgeglüht, bis die Flamme keine Farbe vorweist. Auf das noch glühende Kupfer wird die Kunststoffprobe gelegt und am Rand der farblosen Flamme erhitzt (Bunsenbrenner schief halten). Wenn die Probe Halogene enthält, färbt sich die Flamme grün.

Ergebnis:
 
Anfangs hielten wir das Kupferstück für etwa 30 Sekunden in die Bunsenbrennerflamme, bis keine grünen Flammen mehr vorhanden waren. Zuerst gaben wir ein HD-PE auf das Kupfer. Es verbrannte ohne Farbänderung der Flamme, daher schlossen wir, dass keine Halogene (Chlor, Brom, Jod) vorhanden sind.

Bei den weiteren Proben Nylon (Kunststofffasern) und LD-PE (Plastiktüte) stellte sich das gleiche Ergebnis heraus.

Als wir ein einen Teil einer Vorteilskarte in dem schräg gehaltenen Bunsenbrenner verbrannten, färbte sich die Flamme stark grün und leicht blau. Wir zogen daraus den Schluss, dass Vorteilskarten aus PVC bestehen.

Persönlicher Eindruck:


Uns hat der Versuch gut gefallen, da er ohne großen Aufwand durchzuführen war und es eindeutig ersichtlich wurde, welche Kunststoffproben Halogene enthalten. Außerdem war das Spiel der grünen und blauen Flammen schön anzusehen.

3. Brennprobe von Kunststoffen

Pretschuh Felix, Rossegger Daniela, Weinrauch Maximilian

Grundlagen:

Durch Beobachtung der Brennbarkeit, des Verhaltens der Flamme und des eventuellen Abtropfens bestimmter Teile kann man herausfinden, um welchen Kunststoff es sich handelt.


Geräte:
Bunsenbrenner
Schutzbrille
Schere
Pinzette



Chemikalien:
verschiedene Kunststoffproben



Beschreibung:

Im Prinzip ist dieser Versuch ganz einfach: Ein kleines Stück des Kunststoffes wird mit einer Pinzette in die Flamme des Bunsenbrenners gehalten. Den Bunsenbrenner muss man dabei unbedingt schräg halten, da sonst eventuelle Tropfen der schmelzenden Teile darauf tropfen. Mittels einer Tabelle kann man nun durch die Kriterien Brennbarkeit, Flammenfarbe und Geruch den Namen des jeweiligen Kunststoffes herausfinden.

Ergebnisse:

Stoffstück:
Brennt in der Flamme, erlischt außerhalb langsam, die Flamme ist gelborange und erzeugt einen blauen Rauch: es handelt sich um Poyamide.

Compact Disc:
Die Flamme ist hell leuchtend, rußend und riecht scharf. Es handelt sich um ein Polycarbonat.

Lego - Stein:
Der Kunststoff ist leicht entzündbar und brennt außerhalb der Flamme weiter. Die Farbe der Flamme ist dunkelgelb und sie rußt. Der Geruch erinnert an verbrannten Gummi. Es handelt sich um Polypropylen (PP).

ÖBB - Karte:
Sie ist schwer entzündbar und erlischt außerhalb der Flamme.Diese ist hellgelb und riecht stechend. Hier handelt es sich um Polyvinylchlorid (PVC).

Gummiarmband:
Die Flamme ist gelb leuchtend und der Geruch kratzt im Hals. Das sind typische Merkmale von Kautschuk.


Persönlicher Eindruck:

Der Versuch war sehr interessant und er hat gut funktioniert. Es ist zum Glück kein großer Brand ausgebrochen, obwohl ein paar Proben sehr heftig gebrannt haben. Während des Versuchs kam es zu geringer Geruchsbelästigung, aber damit war zu rechnen.

4. Schwimmprobe

Illitsch Selina, Schmidbauer Patricia, Sommaruga Riccardo, Holzer Viktoria

Benötigte Materialien:

Geräte:
3 Bechergläser (100ml)


Chemikalien:
50ml Wasser
50ml Methanol
50ml Magnesiumchlorid – Lösung,
verschiedene Kunststoffproben (1cm²)


Durchführung:

Flüssigkeiten in Bechergläser füllen, Kunststoffproben in allen Flüssigkeiten testen; Verhalten der Proben in den verschiedenen Flüssigkeiten beobachten, ob sie schwimmen, schweben oder sinken.

Ergebnisse:

Kunststoffe	Methanol	Wasser	Magnesiumchlorid - Lösung
PVC	sinkt	schwimmt	sinkt
HD-PE (Kosmetik)	schwebt	sinkt	sinkt
LD-PE (Sackerl)	schwimmt	schwimmt	sinkt

Persönlicher Eindruck:

Dieses Experiment war sehr interessant und lehrreich in Bezug auf die Reaktionen der Kunststoffproben in den unterschiedlichsten Flüssigkeiten.

Wie entsteht Kunststoff ? (chemisches Modell)

5. Nylon-Herstellung

 Adelwöhrer Stephanie, Ornig Livia

Benötigtes Material:
  
Geräte:
2 Bechergläser
Glasstab
Pinzette

Chemikalien:
1,1g 1,6-Diaminohexan
2g Natriumcarbonat
25ml Benzin
1ml Adipinsäuredichlorid
25ml Wasser


Durchführung:

Chemikalien bereitstellen und in angegebenen Mengen dosieren. Anschließend wird Säuredichlorid in Benzin gelöst und Diaminohexan mit Natriumcarbonat in Wasser aufgelöst. Die zweite Lösung wird nun vorsichtig mit der ersten überschichtet. Dazu das Becherglas mit der Lösung in Wasser schräg halten, damit eine zufrieden stellende Phasenbildung entsteht. Nun wird die entstandene dünne Hautschicht vorsichtig mit der Pinzette am Rand des Becherglases hochgezogen und auf den Glasstab gewickelt. Durch ständiges Drehen wird der gesamte Faden aufgerollt, bis keine Flüssigkeit mehr vorhanden ist.

Ergebnis:

Bei korrekter Durchführung hat sich ein langer durchsichtiger Faden gebildet.


Persönlicher Eindruck:

Die Tatsache, dass mittels weniger einfacher Chemikalien Nylon herstellbar ist, hat uns fasziniert. Nylon mit eigenen Händen auf einen Glasstab aufwickeln zu können, war eine gänzlich neue Erfahrung. Wir würden ähnliche Versuche in Zukunft begrüßen.

6. Herstellung von Slime

Ertler Marion, Ennemoser Karoline, Knoll Hannah

Benötigtes Material:

Geräte:
o Bunsenbrenner
o Thermometer
o Stab aus Metall zum Umrühren
o kleines Reagenzglas
o großes Reagenzglas
o Waage


Chemikalien:
je 250 ml und 24 ml Wasser
1g Borax
wenig Lebensmittelfarbe
10g Polyvinylalkohol


Durchführung:
Die 10g Polyvinylalkohol wurden in 250 ml Wasser gelöst und währenddessen erhitzt. Jedoch bis maximal 90°C. Während der Erhitzung musste ununterbrochen umgerührt werden, um übermäßige Klumpenbildung zu verhindern.

Die fertig erhitzte Lösung wurde in eine Plastikflasche gefüllt und heftig für ca. 5 Minuten geschüttelt, um die wenigen Klumpen zu entfernen. Wir erhielten eine klare und zähe Lösung.

Weiters wurde eine 4% Lösung aus Borax hergestellt. Hierfür löste man 1g Borax in 24 ml Wasser. Ebenfalls fügte man die Lebensmittelfarbe hinzu.

In die erhitzte Polyvinylalkoholmischung mischte man die Lösung mit Borax. (Na2B4O7 + 7H2O)

Letztendlich musste lange gerührt werden.

Ergebnis:

Klumpenbildung bei Erhitzung konnte zuerst nicht vollständig vermieden werden. Heftiges Schütteln in einer Flasche lieferte dann die gewünschte klare Lösung.
Polyvinylalkoholmischung vermischte sich äußerst rasch mit der Boraxlösung.
Slime wurde erst nach Abkühlung der Masse unklebrig.


Persönlich Eindruck:

Mir hat das Experiment total Spaß gemacht, weil ich einerseits an meine Kindheit zurückerinnert wurde und andererseits weil für mich ein Versuch immer mit mehr Spaß verbunden ist, wenn man im Nachhinein die Möglichkeit hat, das Ergebnis mit nach Hause zu nehmen. Ich finde es interessant, dass so etwas nur durch wenig Aufwand entstehen kann und später auch Spaß macht. (Hannah Knoll)

Ich habe das Slime-Experiment toll gefunden, weil ich selbst früher einen Slime hatte und jetzt sogar weiß wie ich so etwas herstellen kann. Das hätte ich mir nie so einfach vorgestellt. (Marion Ertler)

Ich habe dieses Experiment sehr interessant gefunden, weil ich auch in meiner Kindheit oft damit zu tun hatte. Es war eine komplett neue Erfahrung, diesen Slime selber herzustellen und auch mein jüngerer Bruder fand seine Freude daran. (Karoline Ennemoser)