Yoshi Marien tenure track docent

Onderzoek Yoshi Marien

Onderzoeksgroep

Expertise

Mijn onderzoek richt zich op de productie en recyclage van polymeren. Belangrijke aandachtsgebieden zijn (i) polymerisatie in homogene en waterige gedispergeerde fasesystemen, inclusief het gebruik van biogebaseerde en/of gerecyclede monomeren, (ii) het ontwerp van multifunctionele polymeergebaseerde composieten, en (iii) chemische recyclage via depolymerisatie. Proces- en materiaalontwerp worden uitgevoerd met behulp van zowel experimentele technieken als multischaal modelering en machinaal leren.

Moleculaire simulaties om circulair ontwerp van thermohardende polyurethanen te bevorderen (MOSA-PUR). 01/10/2026 - 30/09/2030

Abstract

Polyurethanen zijn veelzijdige materialen, onmisbaar voor modern comfort en isolatie, maar hun complexiteit vormt grote uitdagingen voor circulariteit door de diversiteit aan (macro)monomeren. Recente inspanningen in chemische depolymerisatie tonen dat de variatie in polyolen en isocyanaten de scheiding bemoeilijkt, terwijl betrouwbare thermodynamische data voor deze (macro)monomeren en derivaten ontbreken. Daardoor blijft de voorspelbaarheid van de herwinbaarheid onmogelijk. Bovendien blijken gangbare analytische descriptors voor gerecyclede harsen onvoldoende om acceptatie van hoog recyclaatgehalte in formuleringen te garanderen. Overleg met polyol- en polyurethaanproducenten toont dat zelfs het aanpassen van virgin formuleringen moeizaam verloopt; bij gerecyclede harsen leidt dit vaak tot dure interne en externe feedbackloops, wat aantoont dat structuur–eigenschaprelaties in formuleringen onvoldoende begrepen zijn. Om dit te verhelpen ontwikkelt MOSA-PUR een quantum-to-plant modelleringworkflow die structuur–proces– eigenschaprelaties verduidelijkt, waardoor geoptimaliseerde chemische recycling en efficiënter formuleren mogelijk worden. Kinetische inzichten worden verkregen via (conceptuele) density functional theory, gekalibreerd met geavanceerde thermische analyse, en gebruikt in kinetische Monte Carlo-reactietechniek om polyolstructuren en depolymerisatieroutes te voorspellen. Thermodynamische data van (gedepolymeriseerde) harsen en moleculaire fysisch-chemische inzichten worden verzameld via moleculaire dynamica, wat procestechnische modellering en in-silico schatting van de energiebehoefte van recycling mogelijk maakt—een ongekende stap. Voor vertaling naar industrieel relevante software bouwt MOSA-PUR surrogaatmodellen, getraind op diverse experimentele en multiscale modelleringuitvoer.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Financiering

  • FWO

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Zoektocht naar toleranties in herformulaties van gedepolymeriseerde harsen 01/06/2026 - 31/05/2028

Abstract

In dit project wordt bestudeerd welke toleranties circulaire formulaties van nichetoepassingen voor polymeren hebben voor moleculaire afwijkingen ten opzichte van oorspronkelijke zuivere monomeren. Na depolymerisaties (als vorm van recyclage) is het namelijk moeilijk om heel hoge zuiverheden te bereiken zonder een sterk verlies van recyclagerendement. Thans zijn vele bouwstenen in de gerecycleerde harsen wel degelijk reactief of functioneel, waardoor een goede match gevonden moet worden tussen applicatie en samenstelling. Dit project zal dergelijke relaties blootleggen voor PMMA recyclage als eerste, en polyamide als tweede gevalstudie, gezien het industriële belang van deze polymeertypes.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Financiering

  • BOF

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Proces-structuur-eigenschappenrelaties voor een nieuwe klasse biogebaseerde acrylcoatings. 01/04/2026 - 31/03/2030

Abstract

Acrylharsen worden veel gebruikt als bindmiddel in coatings. Een cruciaal duurzaamheidsdoel voor de productie van deze belangrijke klasse polymeerharsen is de verschuiving van niet-hernieuwbare, fossiel-gebaseerde naar hernieuwbare (bv. biogebaseerde) grondstoffen. Om dit doel te bereiken, moeten twee belangrijke uitdagingen worden aangepakt. Ten eerste moeten er nieuwe, efficiënte productieroutes worden ontwikkeld voor acrylharsen die een mix van verschillende biogebaseerde functionele eenheden bevatten. Ten tweede is een gedetailleerd inzicht nodig in de relatie tussen (i) de procescondities die worden toegepast tijdens de productie van het hars (en het uitharden van de coating), (ii) de macromoleculaire structuur (voor en na uitharding) en (iii) de (uitgeharde) coatingeigenschappen. Met de focus op oplosmiddelgedragen coatings worden in dit project oplossingen voor deze twee uitdagingen aangereikt door (i) nieuwe functionaliseringsstrategieën te introduceren voor biogebaseerde acrylplatformmonomeren en (ii) het systematisch ontrafelen van proces-structuur-eigenschappenrelaties via een nieuw ontwikkelde, multischaal, door machine learning ondersteunde aanpak.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Financiering

  • BOF

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

PA-Link: creatie van een industriële grondstof als ontbrekende schakel in de circulaire waardeketen voor polyamides. 10/10/2025 - 09/04/2027

Abstract

Polyamides worden als technische kunststof door heel wat middelgrote bedrijven ingezet in de productie van o.a. onderdelen voor elektrisch gereedschap, motorvoertuigen, of in aluminium ramen. De hele waardeketen, van petrochemie over chemische bouwstenen (bv. caprolactam) tot afgewerkte producten is sterk vertegenwoordigd in provincie Antwerpen. Vandaag zijn polyamides allesbehalve circulair. Dit project beoogt door inzet van chemische en spectrale analyse, gekoppeld aan artificiële intelligentie, polyamides uit sterk gemengde afvalstromen te sorteren. Deze afval polyamide stroom kan dan op termijn getransformeerd worden in nieuwe installaties die chemische recyclage beogen, tevens een bruisend domein in Antwerpen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Financiering

  • PROV/STAD

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Scheidingsprocessen om de opbrengsten van carbamaat-thermolyse uit polyurethaanrecycling te verfijnen en verhogen. 01/05/2025 - 30/04/2026

Abstract

Dit project start van de gepatenteerde technologie om isocyanaatrijke harsen rechtstreeks te produceren uit polyurethaanafval, via een tweestapsproces waarin polyolherwinning gekoppeld wordt aan een thermolyse van de ontstane carbamaatfractie. Dit is strategisch erg belangrijk om de onafhankelijkheid van de recyclagemarkt ten opzichte van fosgeenfabrieken te verkrijgen. Voorgaand onderzoek binnen iPRACS liet toe om op kleine schaal in batchreactoren een hoge conversie en redelijke opbrengst aan isocyanaat te bekomen, en een blik te werpen op de potentiële waarde van de gevormde reactieve harsen. Op dit moment wordt de chemische kennis betreffende reactiepaden vervolledigd (dankzij een lopend doctoraat). Hoewel de technologie beloftevol is, staan enkele kennisgaten een volgende opschaling in de weg. Zo dienen we eerst beter inzicht in de thermolysekinetiek te krijgen om zijreacties te minimaliseren, en wensen we de scheiding in-silico te optimaliseren om hogere opbrengsten van isocyanaatmonomeren te verkrijgen. Dit beogen we in het voorliggende projectvoorstel, gebruik makend van toegepaste computationele chemie, kinetische modellen en thermodynamische processimulaties. Daarnaast werken we richting een eerste opschaling naar een half-continue reactoropstelling om de opbrengst en kwaliteit van waardevolle isocyanaatharsen te verhogen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Financiering

  • IOF

Project type(s)

  • Onderzoeksproject