Syllabus del corso
Obiettivi
Obiettivi generali
Presentare i concetti base della chimica (con richiami relativi alla chimica fisica delle interfacce e interfasi) delle formulazioni, le classi di composti organici e polimerici impiegate nell’ambito e le principali applicazioni industriali e di ricerca scientifica e tecnologica.
Conoscenze e capacità di comprensione
Al termine del corso lo studente:
1) Sa distinguere la tipologia di formulazione in esame sulla base dei suoi componenti (soluzione micellare, emulsione, dispersione, microemulsione, schiuma, formulazione solida)
2) Sa individuare chiaramente componenti attivi e additivi compatibilizzanti in una formulazione
3) Conosce gli strumenti descrittivi principali di interfacce e interfasi complesse costituenti le formulazioni
4) Conosce i metodi di caratterizzazione principale delle dispersioni colloidali
Conoscenza e capacità di comprensione applicate:
1) Sa proporre metodi di preparazione di una data formulazione in funzione della sua natura
2) Sa proporre linee di sviluppo ulteriori di formulazioni esistenti, controllando in particolare: stabilità, proprietà reologiche, aspetto, disponibilità del principio attivo
3) Conosce gli ambiti principali di applicazione della chimica delle formulazioni
4) E' in grado di sviluppare formulazioni originali, prevalentemente basate su acqua come mezzo disperdente
Autonomia di giudizio.
Sa contestualizzare problemi classici della chimica delle formulazioni quali la dispersione in un ambiente liofobo, la veicolazione selettiva e il dosaggio nel tempo di un principio attivo. Sa proporre formulazioni originali per gestire i succitati problemi in ambiti quali: la detergenza, il drug delivery, le vernici, gli adesivi, le formulazioni agroalimentari, i cosmetici e le formulazioni speciali reattive
Abilità comunicative.
Conosce la terminologia specifica della chimica delle formulazioni ed è in grado di utilizzarla sia in forma scritta sia in forma orale, allo scopo di riassumere in modo completo e coinciso le caratteristiche e le possibili soluzioni di problemi formulativi.
Capacità di apprendere.
E' in grado di estendere quanto appreso a casistiche non trattate durante il corso. E' in particolar modo in grado di gestire autonomamente l'ampia letteratura tecnica dedicata alle Formulazioni. Conosce gli strumenti di ricerca della letteratura dedicata, inclusi i brevetti.
Contenuti sintetici
Definizione di formulazione e introduzione generale dei principali campi di applicazione. Richiami di Chimica Fisica di interfacce e interfasi (processi all’interfase, tensione superficiale). Introduzione del concetto di tensioattivo, sue caratteristiche e descrizione del comportamento in miscele complesse. Descrizione generale dell’applicazione delle formulazioni nei campi agroalimentare, adesivi, cosmetico, farmaceutico e dell’industria dei coloranti. Applicazione avanzate della chimica delle formulazioni organiche: sintesi micellari, sistemi avanzati per imaging biologico e drug delivery, nanostrutture organiche colloidali.
Programma esteso
Rilevanza della chimica delle formulazioni, con esempi relativi a prodotti commercialmente disponibili e nuove applicazioni tecnologiche. Definizione di tensioattivo e relazioni proprietà struttura. Richiami sui processi di autoassemblaggio in soluzione. Aspetti termodinamici della formazione di strutture colloidali. Concentrazione critica micellare: definizione, metodi di misura e dipendenza dalle caratteristiche della formulazione. Diagrammi di fase di sistemi anfifilici. Emulsioni e microemulsioni. Schiume. Caratteristiche di una microemulsione. Liposomi: formazione, caratteristiche e applicazioni. Descrittori qualitativi e quantitativi delle caratteristiche chimico fisiche dei componenti una emulsione. Principali classi di surfattanti organici e polimerici: preparazione, proprietà ambiti di applicazione. Il sistema HLB, principi e applicazioni. Proprietà reologiche di fluidi non newtoniani. Principi base, componenti ed esempi di formulazioni per: detergenza, adesivi, veicolazione di farmaci, vernici, formulazioni di interesse agroalimentare, formulazioni per tintura. Formulazioni reattive.
Principali strumentazioni di interesse per la produzione e la caratterizzazione di formulazioni.
ad integrazione della parte frontale, saranno mostrati e discussi in classe i seguenti esperimenti filmati:
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Determinazione del cloud point di un surfattante e di sue miscele con co-surfattanti della medesima e di altre classi
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Formazione e stabilità di una emulsione in funzione delle tecniche di preparazione utilizzate.
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Microincapsulazione tramite il medoto Mini Emulsion Solvent Evaporation
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Preparazione e caratteristiche di una microemulsione
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Preparazione di un microincapsulato per coacervazione
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Reazioni di cross coupling in ambiente micellare
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Veicolazione in ambiente acquoso di composti fluorescenti lipofili tramite preparazione di micelle
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Stima del valore di HLB di alcuni surfattanti di interesse industriale
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Microincapsulazione per polimerizzazione interfacciale
In tutti casi si tratterà di video accompagnati da una videolezione ppt commentata.
Prerequisiti
Buone conoscenze di base della chimica organica, inorganica e della chimica fisica. Elementi di chimica generale.
Modalità didattica
Lezioni frontali integrate da strumenti multimediali di supporto funzionali ad una miglior comprensone degli aspetti pratici. Tutte le lezioni in classe saranno comunque videoregistrate e rese disponibili immediatamente dopo la lezione.
Materiale didattico
Libri di testo:
- Formulation Technology: Emulsions, Suspensions, Solid Forms Author(s):Dr. Hans Mollet, Dr. Arnold Grubenmann 2001 WILEY‐VCH Verlag GmbH
- Jonathan W. Steed, David R. Turner, Karl J. Wallace, Core Concepts in Supramolecular Chemistry and Nanochemistry, John Wiley&Son
Slides
Registrazione delle lezioni
Periodo di erogazione dell'insegnamento
primo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Colloquio orale mirante a verificare la capacità di riconoscere la funzione specifica svolta da ciascun elemento introdotto in una formulazione complessa. Saper distinguere la natura di una formulazione in base ai suoi componenti. Saper selezionare, almeno per classi generali, i componenti di una formulazione in base alla natura del principio attivo e alla applicazione finale.
Conoscere i principali campi di applicazione della chimica delle formulazioni. Saper correttamente classificare i tensioattivi sia dal punto di vista delle loro applicazioni sai dal punto di vista delle loro caratteristiche strutturali.
Saper proporre strategie per sviluppare formulazioni innovative, una volta noti i vincoli relativi alla particolare applicazione di riferimento.
Orario di ricevimento
su appuntamento
Sustainable Development Goals
Aims
General objectives
To present the basic concepts of formulation chemistry (with references to the physical chemistry of interfaces and interphases), the classes of organic and polymeric compounds used in the field and the main industrial and scientific and technological research applications.
Knowledge and understanding
At the end of the course the student:
1) Can distinguish the type of formulation under examination on the basis of its components (micellar solution, emulsion, dispersion, microemulsion, foam, solid formulation)
2) Can clearly identify active components and compatibilizing additives in a formulation
3) Knows the main descriptive tools of complex interfaces and interfaces constituting the formulations
4) Knows the methods of main characterization of colloidal dispersions
Applying Knowledge and understanding:
1) Can propose methods of preparation of a given formulation according to its nature
2) Can propose further lines of development of existing formulations, checking in particular: stability, rheological properties, appearance, availability of the active ingredient
3) Knows the main areas of application of the chemistry of formulations
4) Is able to develop original formulations, mainly based on water as the dispersing medium
Making judgments.
The student can contextualise classic problems of the chemistry of formulations such as dispersion in a lyophobic environment, selective delivery and the dosage over time of an active ingredient. Can propose original formulations to handle the aforementioned problems in areas such as: detergency, drug delivery, paints, adhesives, agro-food formulations, cosmetics and special reactive formulations
Communication skills.
The student knows the specific terminology of the chemistry of the formulations and is able to use it both in written form and in oral form, in order to summarize in a complete and concise way the characteristics and the possible solutions of formulation problems.
Learning skills.
The Student is able to extend what has been learned in classes to case studies not covered during the course. He is in particular able to autonomously manage the wide technical literature dedicated to the Formulations. He knows the research tools of the dedicated literature, including patents.
Contents
Definition of formulation and general introduction to the role of formulations in industrial and reaserch applications. Recalls of Physical Chemistry of interfaces and interphases (interphase processes, surface tension). Introduction of the concept of surfactant, its characteristics and description of behavior in complex mixtures. General description of the application of formulations in the agri-food, adhesive, cosmetic, pharmaceutical and dye industry fields. Advanced application of the chemistry of organic formulations: micellar synthesis, advanced systems for biological imaging and drug delivery, colloidal organic nanostructures.
Detailed program
Relevance of the chemistry of formulations, with examples related to commercially available products and new technological applications. Definition of surfactant and structure property relationships. Recalls on the self-assembly processes in solution. Thermodynamic aspects of the formation of colloidal structures. Micellar critical concentration: definition, methods of measurement and dependence on the characteristics of the formulation. Phase diagrams of amphiphilic systems. Emulsions and microemulsions. Foams. Features of a microemulsion. Liposomes: preparation, features and applications. Qualitative and quantitative descriptors of the chemical-physical characteristics of the components an emulsion. Main classes of organic and polymeric surfactants: preparation, properties, scopes of application. The HLB system, principles and applications. Rheological properties of non-Newtonian fluids. Basic principles, components and examples of formulations for: detergency, adhesives, drug delivery, paints, formulations of agri-food interest, formulations for dyeing. Reactive formulations.
Relevant equipment for the production and characterization of formulations.
in addition to the classes, the following experiments will be shown and discussed in the classroom:
1) Determination of the cloud point of a surfactant and its mixtures with co-surfactants of the same and of other classes
2) Formation and stability of an emulsion according to the preparation techniques used.
3) Microencapsulation using the Mini Emulsion Solvent Evaporation
4) Preparation and characteristics of a microemulsion
5) Preparation of a microencapsulated by coacervation
6) Reactions of cross coupling in micellar environment
7) Transport in aqueous environment of lipophilic fluorescent compounds by micelle preparation
8) Estimate of the HLB value of some surfactants of industrial interest
9) Microencapsulation for interfacial polymerization
In all cases it will be video accompanied by a commented ppt videolessation.
Prerequisites
Sound basic knowledge of organic, inorganic and physical chemistry. Capability to handle the topics of general chemistry.
Teaching form
Standard lessons supplemented by supporting multimedia tools functional to a better understanding of the practical aspects.
All classroom lessons will still be videotaped and made available immediately after class.
Textbook and teaching resource
Textbooks
- Formulation Technology: Emulsions, Suspensions, Solid Forms Author(s):Dr. Hans Mollet, Dr. Arnold Grubenmann 2001 WILEY‐VCH Verlag GmbH
- Jonathan W. Steed, David R. Turner, Karl J. Wallace, Core Concepts in Supramolecular Chemistry and Nanochemistry, John Wiley&So
Slides
Videorecording of classes
Semester
first
Assessment method
Oral interview aimed at verifying the capability to recognise the specific function performed by each element introduced in a complex formulation. Knowing how to distinguish the nature of a formulation based on its components. Knowing how to select, at least for general classes, the components of a formulation based on the nature of the active principle and the final application.
Understanding the main fields of application of the chemistry of formulations. Knowing how to correctly classify surfactants both from the point of view of their applications and their structural characteristics.
Knowing how to propose strategies to develop innovative formulations, once the constraints related to the particular target application are known.
Office hours
upon request
Sustainable Development Goals
Staff
-
Luca Beverina
-
Roberto Simonutti
