Course Syllabus

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Obiettivi generali

Presentare i concetti base della chimica delle formulazioni, con particolare focus sul ruolo e le classi di composti inorganici nell’ambito delle principali applicazioni industriali e di ricerca scientifica e tecnologica.

Conoscenze e capacità di comprensione

Al termine del corso lo studente dovrà essere in grado di:

  1. distinguere la tipologia di formulazione in esame sulla base dei suoi componenti

  2. individuare chiaramente componenti attivi e additivi compatibilizzanti in una formulazione

  3. conoscere il ruolo dei componenti inorganici in alcuni tipi principali di formulazioni

Conoscenza e capacità di comprensione applicate

Lo studente dovrà essere in grado di:

  1. proporre metodi di preparazione e funzionalizzazione di componenti inorganici adatti ad essere impiegati una data formulazione

  2. conoscere gli ambiti principali di applicazione dei composti inorganici nelle formulazioni industriali

Autonomia di giudizio

Lo studente dovrà essere in grado di:

· scegliere la metodologia di sintesi e funzionalizzazione più adeguata per sistemi inorganici inclusi in tipiche formulazioni industriali

· individuare le soluzioni ai problemi più comuni di impiego dei composti inorganici nelle formulazioni

Abilità comunicative.

Lo studente alla fine del corso dovrà essere in grado di descrivere gli argomenti affrontati con proprietà di linguaggio.

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.

Il corso mira a presentare i concetti fondamentali necessari per comprendere il ruolo dei componenti inorganici nella formulazione di sistemi complessi, come dispersioni colloidali, materiali ibridi organici-inorganici e strutture self-assembled. Lo studio e il controllo delle interazioni all’interfaccia inorganico-organico determina le proprietà dei materiali usati nelle principali formulazioni impiegati in diversi ambiti come automotive, farmaci, beni culturali, cosmetici, etc.

  1. Breve introduzione alle principali proprietà dei colloidi:

I colloidi, la dimensione trascurata: introduzione storica ed evoluzione del concetto di colloidi
Definizione, classificazione e natura delle dispersioni colloidali. Caratteristiche fisiche rilevanti di un colloide (forma, dimensione, aggregazione, polidispersione).
Recall della Chimica fisica e termodinamica di superficie e delle interfacce. Stabilità cinetica e termodinamica delle dispersioni colloidali. Chimica di superficie e carica superficiale nei sistemi colloidali, doppio strato elettrico. Diffusione, moto browniano. Teoria Derjaguin-Landau-Vervey- Overbeek (DLVO).
Meccanismi di aggregazione e destabilizzazione di una sospensione colloidale: flocculazione, coagulazione, sedimentazione, Ostwald ripening, coalescenza.

  1. Sintesi, funzionalizzazione, caratterizzazione ed applicazioni di nanoparticelle (NPs) colloidali e altri sistemi inorganici molecolari impiegati nelle formulazioni

Approcci sintetici di NPs colloidali: controllo della morfologia e della funzionalizzazione superficiale
Esempi di controllo morfologico attraverso sintesi sol-gel, idrotermale, colloidale (hot-injection, heating-up)
Strategie di funzionalizzazione: individuazione di funzionalizzanti ed approcci sintetici di NPs funzionalizzate e film (anche in relazione a tecniche quali dip-coating, spin-coating di fatto usate nella preparazione di dispositivi)
Preparazione di materiali ibridi organici-inorganici usati nelle formulazioni a partire da particelle funzionalizzate e sistemi inorganici
Esempi di formulazioni from laboratory to market anche mediante seminari tenuti da relatori provenienti da aziende (e.g. NPs come filler in nanocompositi usati per automotive, packaging, anti-icing; NPs funzionalizzate usate in nanomedicina)

Buone conoscenze di base della chimica inorganica, organica e della chimica fisica. Elementi di chimica generale.

14 lezioni da 2 ore svolte in presenza, Didattica Erogativa
1 lezione da 2 ore svolta in remoto, Didattica Erogativa
1 uscita in azienda (Campus Abroad) da 2 ore in presenza, Didattica Interattiva
5 attività di laboratorio da 4 ore svolte in presenza, Didattica Interattiva

Slides disponibili sul sito e-learning del Corso di Laurea

Libri di testo consultabili:

  1. Formulation Technology: Emulsions, Suspensions, Solid Forms. Author(s):Dr. Hans Mollet, Dr. Arnold Grubenmann 2001 WILEY‐VCH Verlag GmbH
  2. Introduction to Applied Colloid and Surface Chemistry. Authors: Georgios M. Kontogeorgis and Søren Kiil, 2016 Wiley & Sons, Ltd.
  3. Formulation Science and Technology. Authors: Tadros, Tharwat F., 2018, De Gruyter

primo semestre

Colloquio orale mirante a verificare la capacità di riconoscere la funzione specifica svolta da ciascun elemento introdotto in una formulazione complessa dal punto di vista delle loro caratteristiche strutturali. In particolare il colloquio si comporrà di:

  • una breve presentazione power point su un approfondimento relativo ad un argomento del corso
  • domande e discussione sugli argomenti svolti a lezione

su appuntamento

SALUTE E BENESSERE | ISTRUZIONE DI QUALITÁ | ENERGIA PULITA E ACCESSIBILE | CONSUMO E PRODUZIONE RESPONSABILI
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General objectives

To present the basic concepts of formulation chemistry with particular focus on the role and on the type of the inorganic components used in 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

  2. Can clearly identify active components and compatibilizing agents in a formulation

  3. Knows the main inorganic components constituting the formulations

Applying Knowledge and understanding

At the end of the course the student:

  1. Can propose methods of preparation and functionalization of inorganic components for a given formulation

  2. Will know the main principles related to the application of inorganic compounds in industrial formulations

Making judgments.

At the end of the course the students will be able to

· Select the more suitable synthesis/functionalization of inorganic components for their exploiting in formulations

· individuate the solutions to the main issues related to the employ of inorganic compounds in industrial formulations

Communication skills.

By the end of the course, students will be able to describe the arguments of the course and to participate in stimulating discussions.

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.

The course aims at presenting the fundamental concepts required for the understanding of the role of inorganic components in complex system formulations, such as colloidal dispersions, hybrid surfaces/interfaces and self-assembled structures, which are at the heart of soft matter. Masterizing the intermolecular interactions occurring at the hybrid interfaces determines most often the properties of the materials, which are encountered in a wide range of current applications such as pharmaceuticals, automotive, cultural heritage and cosmetic industries to name but a few.

  1. Brief introduction on the main properties of colloids:

Definition, classification and nature of the colloidal dispersions. Physical relevant characteristics of colloids (shape, dimension, aggregation, polydispersity).
Recall of the basic concepts of the physical chemistry of the interfaces. Kinetic and thermodynamic stability of the colloidal dispersions. Surface chemistry and surface charge in colloids. Diffusion, Brownian motion. Derjaguin-Landau-Vervey- Overbeek (DLVO) theory.
Aggregation and de-stabilization mechanism of a colloidal suspension: flocculation, coagulation, sedimentation, Ostwald ripening, coalescence.

  1. Synthesis, functionalization, characterization and applications of colloidal nanoparticles (NPs) and other important molecular inorganic systems in formulations.

Synthetic approaches of colloidal NPs: morphology control and tuning of the surface functionalities
Examples of NPs structural, morphological and surface control via sol-gel, hydrothermal and colloidal methods (hot-injection, heating-up)
Functionalization strategies: functionalizing agents and approaches to obtain functionalized NPs and film (also connected to the employ of dip-coating, spin-coating techniques)
Preparation of hybrid organic-inorganic materials used in formulations based on functionalized particles and inorganic systems
Examples of formulations from laboratory to market also in the frame of seminars involving speakers coming from industries (e.g. NPs utilized as filler in nanocomposites for automotive, packaging, anti-icing; functionalized NPs in nanomedicine)

Sound basic knowledge inorganic, organic, and physical chemistry. Capability to handle the topics of general chemistry.

14 two-hours lectures, in person, Delivered Didactics
1 two-hours lecture, in remote, Delivered Didactics
1 two-hours industry visit, in person, Interactive Teaching
5 four-hours lab activities, in person, Interactive Teaching

Slides available on the e-learning website

Textbooks:

  1. Formulation Technology: Emulsions, Suspensions, Solid Forms. Author(s):Dr. Hans Mollet, Dr. Arnold Grubenmann 2001 WILEY‐VCH Verlag GmbH
  2. Introduction to Applied Colloid and Surface Chemistry. Authors: Georgios M. Kontogeorgis and Søren Kiil, 2016 Wiley & Sons, Ltd.
  3. Formulation Science and Technology. Authors: Tadros, Tharwat F., 2018, De Gruyter

first semester

Oral interview aimed at verifying the capability to recognise the specific function performed by each element introduced in a complex formulation based on their nature. In detail, the interview will be composed of:

  • a brief ppt presentation deepening a topic of the course
  • questions and discussion on the arguments of the course

upon request

GOOD HEALTH AND WELL-BEING | QUALITY EDUCATION | AFFORDABLE AND CLEAN ENERGY | RESPONSIBLE CONSUMPTION AND PRODUCTION
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Key information

Field of research
CHIM/03
ECTS
6
Term
First semester
Activity type
Mandatory to be chosen
Course Length (Hours)
52
Degree Course Type
2-year Master Degreee
Language
Italian

Staff

    Teacher

  • Massimiliano D'Arienzo
    Massimiliano D'Arienzo

Students' opinion

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Bibliography

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Enrolment methods

Manual enrolments
Self enrolment (Student)

Sustainable Development Goals

GOOD HEALTH AND WELL-BEING - Ensure healthy lives and promote well-being for all at all ages
QUALITY EDUCATION - Ensure inclusive and equitable quality education and promote lifelong learning opportunities for all
AFFORDABLE AND CLEAN ENERGY - Ensure access to affordable, reliable, sustainable and modern energy for all
RESPONSIBLE CONSUMPTION AND PRODUCTION - Ensure sustainable consumption and production patterns