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:
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Sa distinguere la tipologia di formulazione in esame sulla base dei suoi componenti (soluzione micellare, emulsione, dispersione, microemulsione, schiuma, formulazione solida)
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Sa individuare chiaramente componenti attivi e additivi compatibilizzanti in una formulazione
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Conosce gli strumenti descrittivi principali di interfacce e interfasi complesse costituenti le formulazioni
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Conosce i metodi di caratterizzazione principale delle dispersioni colloidali
Conoscenza e capacità di comprensione applicate.
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Sa proporre metodi di preparazione di una data formulazione in funzione della sua natura
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Sa proporre linee di sviluppo ulteriori di formulazioni esistenti, controllando in particolare: stabilità, proprietà reologiche, aspetto, disponibilità del principio attivo
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Conosce gli ambiti principali di applicazione della chimica delle formulazioni
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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. Principali classi di surfattanti organici e polimerici: preparazione, proprietà ambiti di applicazione. Concentrazione critica micellare: definizione, metodi di misura e dipendenza dalle caratteristiche della formulazione. Diagrammi di fase di sistemi anfifilici. Liposomi: formazione, caratteristiche e applicazioni. Dispersioni e teoria DLVO. Emulsioni e microemulsioni. Descrittori qualitativi e quantitativi delle caratteristiche chimico fisiche dei componenti una emulsione. Caratteristiche di una microemulsione. Il sistema HLB, principi e applicazioni. Schiume. Formulazioni solide. Principi base, componenti ed esempi di formulazioni per: detergenza, adesivi, veicolazione di farmaci, vernici, formulazioni di interesse agroalimentare, formulazioni per tintura. Formulazioni reattive. Proprietà reologiche di fluidi non newtoniani.
Principali strumentazioni di interesse per la produzione e la caratterizzazione di formulazioni.
Prerequisiti
Buone conoscenze di base della chimica organica, inorganica e della chimica fisica. Elementi di chimica generale.
Modalità didattica
23 lezioni frontali in presenza di 2 ore. Didattica erogativa.
2 lezioni da 2 ore svolte in presenza in modalità erogativa nella parte iniziale che è volta a coinvolgere gli studenti in modo interattivo nella parte successiva. Didattica mista.
2 lezioni da due ore in presenza di attività di gruppo sulle tematiche svolte durante le lezioni frontali. Didattica interattiva.
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:
- Introduction to applied colloid and surface chemistry. G. M. Kontogeorgis, M. Georgios 2016 John Wiley & Sons
- Formulation Science and Technology (vol.1-2). T. F. Tadros, 2018 Walter de Gruyter GmbH
- Formulation Technology: Emulsions, Suspensions, Solid Forms. H. Mollet, A. 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
secondo 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.
Schema di valutazione:
Votazione < 18
Votazione insufficiente; non raggiunto il livello minimo di preparazione.
Votazione 18-21
Preparazione su un numero ridotto di argomenti presenti nel programma del corso, con capacità di trattazione e analisi limitate che emergono solo a seguito dell’aiuto e delle domande del docente; competenza espositiva e lessico non sempre corretti, capacità di elaborazione critica limitata.
Votazione 22-24
Preparazione su una parte degli argomenti presenti nel programma del corso, capacità di analisi autonoma limitata, uso di un lessico corretto anche se non del tutto accurato e chiaro e di una capacità espositiva a tratti incerta.
Votazione 25-27
Preparazione su un numero ampio di argomenti trattati nel programma del corso, capacità di svolgere in modo autonomo l’argomentazione e l’analisi critica, capacità di applicazione delle conoscenze ai casi concreti, uso di un lessico corretto e competenza nell’uso del linguaggio disciplinare.
Votazione 28-30L
Preparazione completa ed esaustiva sugli argomenti in programma d’esame, capacità personale di trattazione autonoma e di analisi critica dei temi, ottima capacità di pensiero critico e autonomo, piena padronanza del lessico disciplinare e di una capacità espositiva rigorosa e articolata.
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:
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Can distinguish the type of formulation under examination on the basis of its components (micellar solution, emulsion, dispersion, microemulsion, foam, solid formulation)
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Can clearly identify active components and compatibilizing additives in a formulation
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Knows the main descriptive tools of complex interfaces and interfaces constituting the formulations
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Knows the methods of main characterization of colloidal dispersions
Applying Knowledge and understanding.
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Can propose methods of preparation of a given formulation according to its nature
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Can propose further lines of development of existing formulations, checking in particular: stability, rheological properties, appearance, availability of the active ingredient
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Knows the main areas of application of the chemistry of formulations
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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.
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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. Main classes of organic and polymeric surfactants: preparation, properties, scopes of application. 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. Liposomes: preparation, features and applications. Dispersions and the DLVO theory. Emulsions and microemulsions. Features of a microemulsion. Qualitative and quantitative descriptors of the chemical-physical characteristics of the components an emulsion. The HLB system, principles and applications. Foams. Solid formulations. Basic principles, components and examples of formulations for: detergency, adhesives, drug delivery, paints, formulations of agri-food interest, formulations for dyeing. Reactive formulations. Rheological properties of non-Newtonian fluids.
Relevant equipment for the production and characterization of formulations.
Prerequisites
Sound basic knowledge of organic, inorganic and physical chemistry. Capability to handle the topics of general chemistry.
Teaching form
23 two-hour lectures, in person. Delivered didactics.
2 two-hour classes, in person, in delivered mode in the initial part aimed at involving students interactively in the subsequent part. Mixed teaching.
2 two-hour classes, in person, on group activities regarding topics covered during lectures. Interactive teaching.
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
- Introduction to applied colloid and surface chemistry. G. M. Kontogeorgis, M. Georgios 2016 John Wiley & Sons
- Formulation Science and Technology (vol.1-2). T. F. Tadros, 2018 Walter de Gruyter GmbH
- Formulation Technology: Emulsions, Suspensions, Solid Forms. H. Mollet, A. 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
Videorecording of classes
Semester
second semester
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.
Evaluation Scale:
Grade < 18
Insufficient grade; minimum level of preparation not reached.
Score 18-21
Preparation on a limited number of topics from the course syllabus, with poor ability to discuss and analyze independently which only emerge in the oral exam as a result of the Lecturer's help and questions; presentation skills occasionally uncertain, vocabulary not always clear and accurate, sometimes incorrect, with very limited critical elaboration.
Score 22-24
Preparation on a good number of topics from the course syllabus, although not homogeneous, with sufficient ability to discuss and analyze independently, sometimes prompted by the Lecturer's questions; presentation skills sufficiently clear, generally correct vocabulary, although sometimes not accurate or clear, limited critical elaboration capabilities.
Score 25-27
Preparation on a wide range of topics covering the course syllabus, ability to conduct discussions and critical analysis with good autonomy and ability to apply knowledge to real cases, use of correct vocabulary and competence in the use of disciplinary language.
Score 28-30L
Complete and exhaustive preparation on the subjects of the course syllabus, ability to independently discuss and critically analyse the principal topics, ability to connect themes to real cases and to different contexts and disciplines, excellent capacity for critical and independent thinking, full mastery of disciplinary vocabulary, rigorous and articulate presentation skills, argumentation skills.
Office hours
upon request
Sustainable Development Goals
Staff
-
Sara Mattiello
-
Roberto Simonutti
