传统工艺是先使纤维素生成纤维素衍生物，然后再溶解在溶剂中制成纤维素溶液。其中铜氨纤维和已粘胶纤维有一百多年的历史。由于原料来源丰富，而且可再生，在能源缺乏的今天，纤维素纤维仍具有不可替代的地位。但现有工艺工艺冗长，生产复杂、耗能和操作费用都比较高，并造成严重的环境污染，使粘胶纤维的进一步发展受到影响。

80年代以来，美国、苏联和一些发达国家，竟相投入大量的人力和物力，进行纤维素溶剂纺丝全新工艺的开发和研究。目前再生纤维素纤维的制备工艺正在由粘胶法向新型工艺技术转变。其中最引人注目的、也是最成功就是80年代的NMMO溶剂纺技术和90年代出现的NaOH稀碱溶液湿纺技术。这两项新技术采用直接溶解纤维素制成纺丝溶液，避免了粘胶原液生产中的多段化学反应过程，提高了生产效率，降低了能耗，产品性能优良，特别是解决了环境污染问题。

铜氨溶液是氢氧化铜溶于氨水中所形成的络合物，分子式是：Cu(NH₃)₄(OH)₂。这种深蓝色的溶剂对纤维素的溶解能力很强。其溶解机理被认为是形成纤维素与金属的络合物。现有两种不同的说法：一种是赫斯-梅斯默（Hess- Messmer）提出的，认为纤维素与铜氨氢氧化物相互作用，生成纤维素醇化物；另一种是里夫斯（Reeves）提出的，认为在铜氨氢氧化物内铜是二价的，由一个分子铜氨氢氧化物与两个羟基作用，即可形成分子化合物。其溶解度主要取决于纤维素的聚合度、温度以及金属络合物的浓度。

铜氨溶液有一个缺点是对氧和空气非常敏感，如果在溶解和测定过程中稍有微量的氧参与，也会使纤维素发生剧烈的氧化降解，纤维素铜氨化合物可被无机酸分解，产生纤维素沉淀——再生纤维素。曾经利用这个性质来制造铜氨纤维，即将纤维素溶解于铜氨溶液中，然后将溶液通过喷丝板进入蒸浴，溶剂在这里被分离，纤维素则再生成长丝。但因铜和氨消耗量大，很难完全回收，导致生产成本太高，加之纤维质量不如粘胶法，污染严重、设备腐蚀严重、工艺烦琐，现已基本被淘汰，目前铜氨溶剂主要用于纤维素聚合度测试。

粘胶法是最广泛采用的生产方法。从1904年在英国首先建厂生产至今已有一百年的历史。因其成本低廉而且品质提高较快，故其诞生后就以绝对优势胜过当时的硝酸纤维、铜氨纤维和醋酸纤维，发展极为迅速。但因粘胶法生产纤维素纤维工艺冗长，投资巨大，污染严重，能源消耗高等缺点，使粘胶纤维的生产受到一定的限制。

粘胶法是先将纤维素用强碱处理生成碱纤维素，再与二硫化碳反应得到纤维素黄酸钠，该衍生物可溶于强碱中制成粘胶（纺丝液），再在凝固浴中纺丝，得到人造纤维。其溶解机理是先把纤维素转化为中间化合物（即生成纤维素衍生物）然后溶解于无机溶剂中，纺丝溶液挤出的同时（即米黄色粘胶纤维素黄酸酯基团除去时），中间化合物重新转化为纤维素，再生成丝状态。其中纤维素黄酸酯的溶解，首先是NaOH和水分子向黄酸酯内部扩散，黄酸基团发生溶剂化作用，黄酸酯先行溶胀，扩大分子间距离，当极度溶胀时就溶解而成粘胶溶液。溶解实际上就是无限溶胀的结果，均首先发生在非晶区内，而后由黄酸酯产生的溶液来溶剂化微晶的表面并渗入微晶的内部，从而使黄酸酯的片状晶胞溶胀，随着扩散和溶剂化作用的继续进行，逐步在微晶内部发生黄酸酯分子或其分子束的分散，最后使黄酸酯全部溶解。传统的粘胶法生产工艺是一种包含化学反应的复杂过程，其工艺流程见图1：

 

用粘胶法制得的粘胶纤维具有良好的物理机械性能和符合卫生要求的透气性，有似棉的吸湿性、易染色性、抗静电性、以及易于进行接枝改性。粘胶纤维最大缺陷就是使用CS₂，且在生产过程中放出CS₂和H₂S等有毒气体和含锌废水，对空气和水造成污染，使生态环境遭到破坏。而且半纤维素和包含在黄酸酯分解产物里的硫醇与H₂S的处理，需要大数额的经费支出，以及昂贵的操作费用。因此，粘胶的制造在过去的几年中已大量减少。

解决再生纤维素纤维生产过程中的污染问题，已成为再生纤维素纤维发展的关键。国内外进行了技术、工艺革新，最活跃、也是最有效的途径就是寻求能直接溶解纤维素的新溶剂。其中研究最多、效果较好的是英国Courtaulds公司开发的胺氧化合物系列直接溶解纤维素，其主要有NMMO（N-甲基-吗啉-N-氧化物）, DMAO（NN’-二甲基乙醇胺-N-氧化物）和DMCAO（NN’-二甲基环已胺-N-氧化物），以及DMF/N₂O₄（二甲基甲酰胺/四氧化二氮）， DMSO/（CH₂O）_x（二甲基亚砜/多聚甲醛），NH₃/NH₄SCN/H₂O（硫氰酸铵/液氨）、DMAc/LiClL（二甲基乙酰胺/氯化锂）等体系。其中以NMMO为溶剂发展最快，是多年来众多的研究成果中最具发展前途的一种，其纺丝体系正在运行中。因为自身的高毒性、所产生的易爆炸的副产品、溶剂回收和再循环使用的成本高等问题，致使投资较大，所以从工业角度看都还未成功。
纤维素在NMMO中的溶解机理为直接溶解机理，是通过断裂纤维素分子间的氢键而进行的，没有纤维素衍生物生成。NMMO为一环状叔胺氧化物，其分子中的强极性官能团N→O上氧原子的两对孤对电子与纤维素大分子中的羟基Cel-OH形成强的氢键Cel-OH···O←N，生成纤维素-NMMO络合物，这种络合作用先是在纤维素的非晶区内进行，破坏了纤维素大分子间原有的氢键，由于过量的NMMO溶剂存在，络合作用逐渐深入到结晶区内，继而破坏纤维素的聚集态结构，最终使纤维素溶解。溶解的机理见图3。

据P. Navard等人的研究，NMMO无水物在常温下是固体，熔点为184℃，对纤维素的溶解性能优良。但其吸湿性强，可形成多种水合物，结合水量的不同，其物性及对纤维素的溶解能力就不同。无水NMMO对纤维素的溶解能力最强，可其熔点过高，氧化力强，在溶解纤维素的同时，容易引起纤维素的热分解，且在高温下有爆炸的危险。可随着含水量的增加，对纤维素的溶解能力会逐渐降低。当NMMO水合物的含水量超过17%（重量），对纤维素失去溶解能力。化学生产中采用减压的方法脱除水分，并应用空气层高度、拉伸比、凝固浴温度攻浓度等之间的关系，另外要控制原纤化的发生。

NMMO生产工艺是一种不经过化学反应而制得纤维素纤维的过程：首先将浆粕与含结晶水的NMMO充分混合，于90℃充分溶胀，然后在120℃减压下除去大部分结晶水，使之充分溶解，形成一稳定、透明、粘稠的纺丝原液，经过滤、脱泡后，采用干喷湿纺法纺入含溶剂的水凝固浴，即沉淀析出纤维素并形成纤维，再经后处理即可形成可供纺织的纤维素纤维，其封闭式循环的溶剂法纺丝工艺流程如图2所示。由于不需要碱化、老成、黄化、熟成及复杂的后处理工序，纤维素在 NMMO中溶解比在粘胶过程中简单许多，不仅生产流程大为缩短，也省去了粘胶法中因加入CS₂等各种化学试剂而产生的大量废物及毒气，大大提高了生产效率，降低了生产成本，质量易控制，溶剂可回收，废水无害，对环境影响小，被人们誉为“绿色纤维”。目前国际上十分畅销。但有效的溶剂回收是降低消耗的关键，只有将高价的NMMO能大量回收，该方法才更具有工业价值。

    三、简单的无机溶剂NaOH稀溶液容积及其直接纺丝技术

90年代初出现的稀碱溶液体系法是采用蒸气闪爆（steam explosion）技术处理水浆纤维素从而使其可直接溶解于NaOH稀溶液中。从整体上讲，这种技术优于NMMO 溶剂纺技术，具有更大的发展前景。因为毕竟NMMO不是一个完全无毒的溶剂，而且价格要较NaOH贵得多，并存在回收利用问题，致使投资额巨大，这就引发了一个有趣而重要的研究领域，即新型纤维素/碱溶液的研究。目前只有日本坚持不懈地开发研究这种新工艺，现已基本跨入工业化生产阶段。

纤维素溶解于NaOH稀溶液的最关键前期工艺是蒸汽闪爆技术。蒸汽闪爆过程如下：在高温下，高压水蒸汽分子能够渗透到刚性平面的间隙中，破坏分子内氢键，使分子运动被激活，从而打破了分子的刚性平面结构和改变了分子的构象，分子间距扩大。闪爆经瞬间完成后，纤维素被很快降至室温，分子构象被冻结固定下来，闪爆后的纤维素溶于溶剂中, 溶剂分子能较容易进入到无定形区的片层之间被加宽了的缝隙中，使得分子链溶解，从而使剩余的分子内氢键遭到破坏和完全溶解，加速了AHG基元的微布朗运动，最终导致晶区的完全破坏和全部溶解。这是个具有划时代意义的结论：在特殊浓度的NaOH溶液（8%~10%）中，纤维素的完全溶解是由于新型纤维素具有的特殊超分子结构和特殊溶剂结构巧妙结合的结果。

Kamide等人已通过蒸汽闪爆技术处理木浆，成功地制备出了碱可溶纤维素，且证明在NaOH的碱可溶体系中，纤维素是以分子状态溶解的，而不形成衍生物或复合物。Yamashiki 等人已对碱可溶的纤维素/ NaOH溶液（用20wt% H₂SO₄作为凝固剂）进行了初步的湿纺实验，得到了有很多孔的纤维素纤维，其具有纤维素II晶型，并在C₃（ _am(C₃)）处具有低的分子内氢键断裂度，且在润湿时纤维素分子活动性十分大，这种现象在再生纤维素中未见报导。其工艺流程见图4。所用凝固浴种类很多，H₂SO₄、HCl、CH₃COOH、H₃PO₄及其一定浓度的钠盐、铵盐都可用作凝固浴，且凝固浴浓度范围受其温度影响。当挤入凝固浴时，施加的切应力、喷头拉伸对纤维性质如弹性模量、抗张强度、断裂伸长、结晶度和最终纤维的取向度有一定的影响。

NaOH水溶液湿纺技术对现有的粘胶纤维生产线无需进行大的改变，投资相对较低，用该新型纤维纺织而得的纺织物具有良好的柔软性、尺寸稳定性、耐磨性和抗皱性，其所得产品的综合性能优于粘胶纤维，是粘胶纤维和铜氨纤维最佳的潜在替代品，并且它在制备纤维、薄膜等产品时不产生有毒物质，不需要化学再生工艺，彻底解决了目前再生纤维素纤维工业的环境污染问题，所以其性能/价格比甚至优于NMMO溶剂纺纤维，因此具有更大的发展潜力和前景。

这些新工艺不但流程短，无环境污染，而且纤维的干湿强、湿模量较普通粘纤高，纤维的性能也更好，其产品具有广泛的发展前景，为纤维素工业注入了新的活力。(解芳, 邵自强)