化石资源的规模化利用在提供燃料的同时也提供了大量衣食住行所需的高分子材料，但随之产生的巨量高分子废弃物严重影响我们的生活和生态环境。热固性树脂是具有三维网络结构的高分子材料，不溶不熔，具有高强度、耐热性好、抗腐蚀、耐老化等优点。常见的热固性树脂用品有环氧树脂、不饱和树脂、高交联聚氨酯、密胺树脂等，用于风电叶片、绝缘材料、电子线路板、纽扣、风机机舱罩、化工容器及管道、涂料、仿瓷餐具等，生产过程及服役到期会产生大量有机固废。
常规的掩埋和焚烧处置热固性树脂产生大量的温室气体，还会排放芳香类、含氮类等有毒小分子，危害我们的生存环境，也不能满足新形势下政策法规的要求。人工合成高分子材料中的碳、氧、氮和硫等元素以一定的有序形式结合在一起，如果能在处理过程中保留其部分或者全部的有序结构特性，将其转化为高附加值化学品，不但可以避免或者减少处理过程中有毒小分子的排放问题，而且具有重要的经济价值。实现上述目标的关键挑战在于选择性地打开高分子中的某些特定化学键，保留其他高附加值的碳骨架结构，这在科学上也面临巨大的挑战。
中国科学院山西煤炭化学研究所研究团队将超临界相热固树脂降解与催化科学相结合，可显著降低热固树脂定向降解过程的温度及压力。通过催化剂及反应溶剂的适配，可以高选择性打开热固高分子材料中的酯键、c-n键、酰胺键、脲键和氨基甲酸酯键等，高效降解回收环氧树脂复合材料、不饱和聚酯树脂复合材料、密胺树脂、聚氨酯等。由于解聚过程是通过选择性打开热固高分子废弃物的特定化学键实现的，因此降解生成的小分子化合物结构明确，其中一部分降解物可以得到聚合单体，另一部分降解为热塑、可溶的线性高分子材料，基本保留了合成树脂前原料的附加值，并且降解过程条件适中，基本不产生三废，实现了废弃热固性树脂资源的高效利用，对我国资源结构的调整和能源安全等都具有重要的意义。
环氧树脂可控降解资源化再利用
环氧树脂是指分子中含有两个或两个以上环氧官能团的一类有机高分子化合物，以脂肪族、脂环族或芳香族链段为主链，这些主链通过交联剂（主要是胺类或酸酐类化合物）交联，形成三维网络结构的热固性高分子材料。环氧树脂具有优异的粘结、防腐蚀、成形性和热稳定性等性能，在力学、耐热、绝缘和耐化学腐蚀等方面性能非常优异。由于这些优异的性能，它可以作为涂料、胶黏剂和成型材料，并在电器、电子、机械、建筑及文体用品等领域中广泛应用。特别是与碳纤维复合，得到的复合材料具有高强度、低密度等特点，是目前航空、航天和环保型汽车的必用材料。
中国科学院山西煤化所科研团队利用水相体系配位不饱和的金属离子催化胺固化环氧树脂中的c-n键选择性断裂，而保持c-c和c-o的稳定，将环氧树脂降解成含双酚a缩水甘油醚结构的低聚物。降解产物与反应体系不相容，可通过离心过滤等简单分离实现降解体系与复合材料降解产物的分离，降解体系可循环利用，降解树脂通过特定的化学溶剂萃取实现与增强纤维的分离。降解产物含有氨基及羟基等活性基团，可与异氰酸酯反应重新合成热固树脂材料，也可以作为沥青关键组分β-树脂用于沥青改性。该技术不仅可以处置废弃风电叶片，也可以处置废弃环氧树脂线路板，废弃线路板化学降解可以得到铜箔、玻璃纤维和含四溴双酚a的β-树脂，在环氧树脂降解的同时保持卤素溴的稳定，该β-树脂可作为阻燃剂应用于各种高分子材料阻燃改性。
随着陆上风电电场的建设饱和及“双碳”目标对风电、光伏等新能源需求的增长，海上风电的发展迎来了井喷。海上风电叶片长度大多超过100米，对材料的力学性能提出了更高的要求，这也直接导致碳纤维增强环氧树脂材料在风电叶片中的大量使用，碳板成为海上风电叶片碳梁的关键材料。酸酐固化环氧树脂是制备拉挤碳板的主要树脂。通过均相催化化学解聚碳板废弃料，可实现酸酐固化环氧树脂复合材料的全成分回收，得到树脂及高值碳纤维。山西煤化所科研团队设计催化体系催化树脂中酯键的选择性断裂，得到了双酚a缩水甘油醚及甲基四氢邻苯二甲酸（见图1），双酚a缩水甘油醚可与异氰酸酯固化合成新的聚氨酯材料，也可以将甘油醚的相邻羟基与二氧化碳环化制备环状碳酸酯与多元胺反应用于非异氰酸酯路线的聚氨酯合成，甲基四氢邻苯二甲酸可经脱水处理制备甲基四氢苯酐重新用于酸酐环氧树脂合成。
不饱和聚酯树脂高效降解制备sma树脂
不饱和聚酯树脂是指具有不饱和键的聚酯高分子与交联单体（如苯乙烯）交联生成立体网状结构的不溶不熔性材料。通用的不饱和聚酯树脂由丙二醇、邻苯二甲酸酐、顺酐的缩聚物与苯乙烯混合后，在过氧化物催化剂作用下形成具有三维网络结构的体型大分子。不饱和聚酯树脂主要应用于建筑工程、交通运输、管道储罐、风能电力等行业，其与玻璃纤维制成的复合材料俗称玻璃钢，在我国每年有约300万吨的产能，其废弃物的处理已成为社会问题。
中国科学院山西煤化所科研团队开发了系列技术选择性地打开热固性不饱和聚酯树脂分子结构中的酯键，将不饱和聚酯树脂降解生成邻苯二甲酸、丙二醇和苯乙烯-顺酐共聚物（sma），同时开发了全部产物的分离提纯工艺，可以将得到的产物提纯精制，在不饱和聚酯树脂解聚领域已获得五项国家发明专利（见图2）。降解得到的邻苯二甲酸和二元醇可循环用于不饱和聚酯树脂的合成，而sma是典型的亲水亲油的两亲高分子，广泛应用于油墨、涂料、塑料改性等领域，每吨产品市场价格超过2万元，不饱和聚酯树脂化学解聚产物具有重要的经济价值。风电回收领域机舱罩一般采用玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂复合材料，其重量通常在4~8吨，回收其中的不饱和聚酯树脂得到sma树脂和邻苯二甲酸及二元醇具有重要意义。
密胺树脂定向降解制备三聚氰胺
三聚氰胺甲醛树脂（mfrs）简称三聚氰胺树脂，又称密胺甲醛树脂或密胺树脂，是一种重要的三嗪环化合物。近十年来，随着快餐行业的快速发展，mfrs由于其轻巧美观、经久耐用、不易碎等性能，被广泛应用于餐饮业及儿童饮食业等。废旧的mfrs作为固体废物不但会占用大量的生产生活用地，更会由于其难以降解的特性对环境产生严重的影响。
中国科学院山西煤化所科研团队设计的高效降解体系实现了mfrs树脂定向降解为三聚氰胺、三聚氰酸等化学品（见图3）。废弃密胺树脂化学回收条件相对温和，通过精细调节降解体系可以选择性打开树脂中的特定c-n键，降解产物主要是三聚氰胺，也可以控制解聚条件得到三聚氰酸。如果控制适宜的化学解聚条件，在得到三聚氰胺的同时还可以得到二胺甲基醚。
热固性树脂的化学解聚制备化学品具有重要意义。对于热塑性高分子材料，尤其含有氧氮等杂原子的热塑性高分子化学解聚相对更为容易，如pet解聚得到对苯二甲酸及乙二醇，尼龙6解聚得到己内酰胺或者6-氨基己酸等。中国是世界上最大的纺织服装生产国和消费国，每年消耗纺织纤维3500万吨，产生废旧纺织品2000万吨。对于含涤纶、锦纶、氨纶及棉的混纺废料（见图4），可以首先通过适当溶剂萃取，分离附加值较高的氨纶，分离氨纶后的混合料可通过另一种溶剂萃取分离锦纶，分离的锦纶粒料可用于工程塑料，残余混纺料通过处理分离棉纤维，最后得到的涤纶料可直接通过增粘纺丝或用于化学解聚制备pta。
热固性树脂高分子材料存在的形式多种多样，用途广泛，在保护环境节约能源的前提下，化学解聚循环利用是解决其环境污染的最佳方案，同时也实现了固体有机废弃物的资源化利用。从热固性树脂有机固废制备化学品的路径比从煤炭石油路线缩短50%~80%，属于典型的低碳过程，同时也延长了化石产品的生命。除了环氧树脂、不饱和聚酯树脂及密胺树脂，我们在乙烯基树脂、高交联聚氨酯、酚醛树脂化学解聚领域也展开了系统研究，通过化学降解得到了苯乙烯甲基丙烯酸共聚物、多元醇、多元胺及苯酚等系列产品，通过热固性树脂特定化学键的选择性断裂得到成分确定的化学品及热塑高分子是一个巨大的突破，它将为热固性树脂的循环利用打开腾飞的翅膀。
