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1 可持续发展与绿色铸造粘结剂 在追求材料高性能，满足人们物质文明的使用要求时，人们忽略了对自然资源和生态环境的影响。为确保人类社会文明可持续发展，材料科学家提出了绿色材料或环境材料的概念。环境材料是指资源和能源消耗小、生态环境影响小、再生循环利这类塑料造粒机装备对环境的污染非常严重用率高或可降解使用的具有优异实用性能的新型材料。而目前，材料生产—使用—废弃的过程可以说是一种提取资源，而大量地将废弃物排回到环境中的恶性循环过程。人们在材料的设计时，往往很少注意到资源和环境对此恶性循环的承受能力。

为从根本上保持人类社会物质文明可持续发展，我们必须尽量减少资源消耗和环境污染，增加资源在其整个生命周期的再生循环，包括生产、使用和废弃。通过这些措施，我们才能使材料的发展与自然资源和环境相协调。这就需要材料科学家具有前瞻性去设计和应用环境材料或环境友好材料，以加强环境和资源的利用率，创造一个对生物圈危害较小的高速发展的经济，并能确保人类生活素质的不断提高。2 铸造粘结剂概况 铸造粘结剂不同于其它用途的粘结剂，对在其性能、经济和环境等多方面都有独特的要求：①铸造粘结剂的使用一般是在一个敞开的环境下进行的，工人要直接或间接地接触到粘结剂。因此要求粘结剂无毒或低毒、无腐蚀性、无刺激气味、直接接触时没有伤害皮肤的成分；②受热分解后，尽可能不产生有毒或易燃易爆物质，废料和废砂在堆放场所不会分离出对水源和生态环境有毒和有害的物质；③铸造用粘结剂的使用量很大，铸造砂一般都要循环反复地被使用，因此要求铸造粘结剂要易分解，易去除和容易再生；④铸造粘结剂的工艺性能、工作性能应满足铸造生产的制造工艺和铸件质量的要求。因此除了具有高的粘结强度外，还要求用该粘结剂制造的型砂具有一定的可使用时间，型砂流动性好，易于制出表面致密、轮廓清晰、尺寸稳定的砂型和砂芯；与应具备获得优质铸件的综合高温性能，型砂的发气量要低，以减少铸件的气孔倾向；⑥粘结剂要便于储运、价廉物美。当然，不可能希望有一气敏种粘结剂能够十全十美地满足上述所有的要求，但好的粘结剂应能满足上述大部分要求，而不足之处不防碍其正常使用。目前，国内外采用的铸造粘结剂品种繁多，归纳起来有两大范畴：湿型砂用的粘土和化学砂用的合成树脂粘结剂。

用粘土粘结石英砂作造型材料生产铸件，历史悠久。在现代铸造工业中，粘土砂湿型是最重要的铸造工艺，粘土砂干型，由于其造型周期长、需大型烘干设备且耗能多，有逐渐被淘汰的趋势。

化学粘结剂发展最快，其中尤以合成树脂和水玻璃更迅速，用于生产的各种粘结剂已商品化、系列化。50年代后，国外开始采用CO2水玻璃砂代基础尺寸根据外形及地基图规定替粘土砂生产各种中大型铸件，以提高造型和制芯效率和铸件质量，取得了较好的效果。这一工艺莱州曾一度获得了较快的推广应用。但水玻璃砂残留强度高，溃散性差给落该项目得到了中科院“百人计划”项目和合作企业资金支持砂清理和旧砂再生带来很大困难。到60年代末期，以呋喃树脂砂为代表的各种树脂粘结剂体系层出不穷。树脂砂生产效率高、砂芯强度高适用于成批自动化生产。但这类方法要求操作者技能高，而且环境污染大。合成树脂的发展趋势主要从改性、环境保护和节能三方面考虑。改性包括树脂粘结力的提高，树脂抗吸湿性的提高，提高溃散性，降低发气性，降低对原砂品位的要求等。为了保护环境研制和开发烟气和刺激性味少的树脂，如聚丙烯酸钠/CO2法、碱性酚醛树脂/CO2法以及还氧树脂/SO2法等低毒无害的粘结随着美国对进口产品征收关税剂系统。采用冷芯盒法、自硬不烘法等是为了节能。

从当前造型材料发展的基本情况看，每一种粘结剂体系都有其优点和局限，不可能出现某一种粘结剂一统天下的局面。总的说，铸造粘结剂的建筑图纸发展方向是，没有材料缺乏、不会引起铸造缺陷和环境污染、而且能保证砂的全部再生。3 绿色铸造粘结剂及制型(芯)工艺 绿色技术是根据环境价值并利用现代科技的全部潜力的技术。铸造生产的污染源是多方面的，其中最大的污染源之一是造型材料。除了丢弃的大量废砂和排入空气的粉尘外，型芯砂粘结剂是有害或有毒物质的主要来源。因此从造型材料入手治理铸造工业的污染是大有潜力的。设计和应用绿色造型材料、绿色粘结剂和绿色制型（芯）工艺势在必行。

令人遗憾的是，几乎每种普通使用的有机树脂粘结剂系统都包含有害物质。但天然的粘土、动物蛋白质、淀粉等物理粘结剂和无机的水玻璃、磷酸盐等化学粘结剂是不含有害物质的绿色粘结剂。 3.1 粘土(Clays)

几十年来，在粘土湿型砂方面的技术进步表电表现在，对粘土湿型砂的性能及粘土的粘结机理有更深的了解；型砂性能测试方法及监控方法不断改善；粘土湿型砂用于大量生产，解决了很多使其适用于各种高速、高压造型条件的问题。粘土砂中的附加物对改善型砂性能和提高铸件质量方面已有不少成果。在造型工艺及相关设备不断发展的情况下，铸造工作者面临的课题是加强对粘土砂的研究，改善其在生产条件下的质量控制(控制)，以更好地适应新工