铸造对于机械工业的作用举足轻重，针对铸造生产过程中产生污染的防治也越来越急迫。在铸造生产中，传统的冷芯盒工艺如三乙胺法、SO₂法采用了对人体和环境有毒、有害的气体作催化剂或固化剂，不利于环境保护，开发对人体无毒、对环境无害的新型铸造粘结材料及工艺具有重要的意义。本文新型CO₂硬化酚醛树脂粘结剂的制备技术以及硬化机理的研究就是为适应这一要求而研究开发的。该粘结剂由特别合成的甲阶酚醛树脂、分散剂、交联剂和增强剂等组分组成，本研究的工作分为以下几部分：首先对甲阶酚醛树脂的合成机理、影响因素进行了基本的分析和探讨,并对合成工艺进行了优化研究,确定了最佳的合成工艺：催化剂选用NaOH，NaOH/苯酚=0.06/l（摩尔比），甲醛／苯酚=2.5/l（摩尔比），采用分段升温、甲醛滴加的合成工艺，并根据物料粘度控制反应终点，从而得到具有较佳分子量分布、较高粘结强度的甲阶酚醛树脂，为下一步粘结剂的制备打好基础。CO₂气体硬化酚醛树脂粘结剂的制备是本文的重点，在制备过程中选择了KOH作为分散剂、硼砂作为交联剂、硅烷作为增强剂，以强度为主要考察指标，通过正交试验对粘结剂的各组分进行选择和优化，得出CO₂气体硬化酚醛树脂粘结剂优化的配比为甲阶酚醛树脂：KOH:硼砂：硅烷=100：45：16：1。通过在粘结剂中添加两种有机活性助剂A剂、B剂，大幅度地提高了粘结剂的强度，初强度可达1.8MPa以上，终强度值可达4.0MPa以上，其中有机活性助剂A剂加入量为5％,B剂加入量为15％。有机活性助剂A剂、B剂的成功添加是本文大幅度提高粘结剂粘结强度的技术关键。针对粘结剂吹气硬化机理的研究有助于我们认识其硬化的实质，提高研究的理论水平。本文通过核磁共振氢谱分析仪对甲阶酚醛树脂进行分析，确定了其结构以及结构中官能团-CH₂-与-CH₂-O-CH₂-数量的比值。主要通过红外光谱分析，结合电镜、pH的测量等方法对硬化酚醛树脂粘结剂的硬化机理进行了深入的分析。研究发现粘结剂在CO₂的作用下，随着体系pH值的不断降低，硼酸盐的负离子先后与甲阶酚醛树脂的羟甲基和酚羟基发生交联反应而硬化，而有机活性助剂在粘结剂中起到了重要的络合、交联作用。研究中发现混砂过程中添加一些粉状物质能有效地促进粘结剂硬化，因此特别地配制了一种CO₂硬化酚醛树脂粘结剂的粉状促硬剂，是由Ca（OH）₂、硅酸盐水泥以及ZnO、MgO复合混制而成，原料便宜易得。试验得出促硬剂的优化配比为：Ca（OH）₂：5.0、ZnO：2.0g、MgO：1.5g、42.5^#水泥：3.0g，促硬剂加入量占树脂量30％左右效果较佳。促硬剂的添加可增加酚醛树脂粘结剂CO₂气体硬化的敏感性，缩短吹气硬化时间，在吹气硬化后，大幅度地提高了粘结剂的工艺强度，当粘结剂加入量为3.O％时，添加适量的促硬剂，能够达到初强度>1．8MPa，终强度>5.2MPa的技术水平。粉状促硬剂的研制成功，在提高粘结强度方面有所突破，并为CO₂气硬酚醛树脂的推广应用创造了有利的条件。为了进一步降低酚醛树脂粘结剂的成本，本文还对其新型交联剂进行了系统研究，研究发现了一种硅酸盐-R很有粘结潜力。通过试验确定粘结剂的各组分优化配比为：甲阶酚醛树脂：NaOH：R：硅烷=100：15：45：1.6，吹气硬化后获得了较高的终强度。针对这种交联剂初强度低的不足，对酚醛树脂进行了改性，通过在酚醛树脂合成过程中添加一定数量丙烯酸或聚丙烯酸钠进行接枝共聚，并添加一定量的Ca（OH）₂，使其初强度大幅度提高，达到0.8MPa以上，终强度达到4.0MPa以上。硅酸盐R作为交联剂制备的粘结剂成本低廉、终强度高，特点明显，值得进一步深入研究。最后对CO₂气体硬化酚醛树脂的制备进行了中试、对气硬酚醛树脂砂的可使用时间、发气量、溃散性等工艺性能进行了系统的测定，并进行了现场生产验证。该CO₂硬化酚醛树脂粘结剂成功地被用来制造铝合金铸件、铸铁件、铸钢件的砂芯，制芯过程简便，制芯速度很快，芯子溃散性好，生产出来的铸件内腔光洁，完全能够满足铸造生产的要求。采用该CO₂硬化酚醛树脂粘结剂的制芯成本大大低于三乙胺冷芯盒工艺，具有很广的推广应用前景。