具体实施方式

本发明针对一种用于处理包括韧皮纤维的植物的方法，以去除木质素、果胶和半纤维素(统称为“胶质”)和其他不期望的材料。结果是部分地、大部分地、或完全地不含胶质的纤维素纤维，使得可以将其用于转化成可销售材料诸如纺织纤维的制造。韧皮纤维可以是大麻、亚麻或剑麻。黄麻纤维和其他纤维也被称为韧皮纤维。

该方法包括将作为韧皮纤维源的植物浸泡在盐溶液中。可以在浓盐水(brine：卤水、盐水)溶液中浸泡和搅拌韧皮纤维源。可以在碱性溶液中浸泡和搅拌韧皮纤维源。可以在pH值＞6的溶液中浸泡和搅拌韧皮纤维源，以及这通常无需电解溶液即可得以执行。在一种实施方式中，溶液由水和无机盐构成，其中，总盐度在小于千分之(ppt)1至约千分之200的范围内。盐度来源可以包括天然产生的那些盐度，诸如潮汐地冲刷的港湾、小湾(creek：小湾、小港)、沿海水域和海水中的盐度。可以使用天然淡水，但应考虑到被排放进淡水流域中的离子。通常地，淡水具有约0至约0.5ppt范围内的盐度，微咸水具有约0.5ppt至约30ppt范围内的盐度，以及海水具有约30ppt至约50ppt范围内的盐度。

将韧皮纤维源浸没在水溶液中，由于纤维素的润湿和毛细管作用，使得水和水性离子被吸收到纤维素纤维和胶质之间的间隙中并被吸收到纤维素基体中。这在纤维素结构上赋予压力，使其膨胀。纤维素基体内的溶液中的离子的存在改变了纤维素的润湿特性，改变了毛细管和孔隙压力，并且增强了间隙传输和膨胀。膨胀在韧皮结构上赋予机械应力，有助于使纤维本体暴露于试剂，增大底物(substrate，基质、作用物)表面面积，为后续步骤递送试剂，并增强纤维分离。相反地，离子浓度的降低使膨胀特性降低，增强溶解的材料从纤维素基体中的扩散输出(有效地冲刷它)，并在纤维基体上赋予应力，进一步增强分离。该过程可以通过附加的机械处理来增强。间隙压力梯度可以由通过盐或浓盐水的添加或稀释来定期增大和减少溶液中的离子浓度得以维持，并且将增强纤维分离以及增强胶质向试剂的暴露。潮汐地冲刷的港湾水源的使用，允许将天然地可用的且无干扰的海盐用作间隙压力源。在港湾中的潮汐地冲刷的水的使用，还通过冲刷从韧皮纤维中安全地去除胶质和/或其部分地被氧化的中间产物。

可以在升高的温度和压力情况下执行将韧皮纤维源暴露于离子浓度的变化，以增强扩散和反应速率，并增大间隙压力。

该方法还可以包括使存在于韧皮纤维中的木质素暴露于脱胶试剂。这可以包括碱，以将木质素解聚成较小的、重量较轻的、可溶性木质素产物。可以使用pH值为约7至约14的碱的碱性盐溶液。

该方法还可以包括将存在于韧皮纤维上的木质素磺化以产生可以通过使用水冲刷韧皮纤维而得以去除的水溶性产物。可以使用pH值为约7至约14的强碱和硫阴离子的中性至碱性溶液。中性至碱性溶液中的硫将与木质素中的环结构反应，以产出通过冲刷从植物材料中易于去除的磺化可溶性产物。提供足够的硫以考虑韧皮纤维源的木质素含量的范围(对于原始纤维，木质素按质量计通常为5至15％，而对于经浸渍或其他方式预处理的纤维则较少)。韧皮纤维源可以在环境压力至10个大气压范围内的压力处、在磺化溶液中被浸泡10分钟至若干小时。依照Clausius-Clapyeron关系，温度可以随压力而变化。

韧皮纤维也可以被浸泡在氧化溶液中，以漂白纤维并洗刷余留的胶质。氧化剂可以被直接地添加到溶液中或者在原位中生成(例如通过电解)。在一些实施方式中可以包括添加氧化稳定剂。所需的水温和浸泡时间取决于所使用的氧化剂。使用强碱和缓冲剂的组合制成pH值在约8至约12范围内的水溶液。作为比例的非限制性示例，将50mL的3％H₂O₂添加至2g/L NaOH和1g/L NaHCO₃的溶液。大麻纤维在溶液沸点以下的温度处被浸泡约0.1至约1小时。由于一些天然地存在的重金属(Fe、Mg)会干扰胶质的H₂O₂氧化(例如参见Fenton试剂)，因此可以使用添加螯合剂以防止或最小化它们的干扰。

还可以添加额外的步骤以进一步使韧皮纤维脱胶。例如，清洁剂可以用于漂洗和去除韧皮纤维中任何余留的可溶性的、部分地可溶性的、或不可溶的(但可移动的)胶质。果胶酶或其他天然酶(要么直接添加，要么通过在原位中生物生产)可以被用作非必需成分，以协助从韧皮纤维中去除胶质。这些步骤可以包括机械搅拌。机械搅拌可以是翻滚、搅动或其他搅拌。

使韧皮纤维脱胶的步骤可以根据水源的化学和物理条件而变化。用于浸泡韧皮纤维的潜在水源包括大多数天然水以及城市用水和纯净水。由于该方法利用盐溶液，因此可以有利地使用天然盐水源。

原水(非城市用水或其他未经处理的水、盐水、微咸水或淡水)可以用于一个或更多个步骤。一些天然水源包含可以作为用于上述一个或更多个步骤的试剂而得以利用的成分。例如，可以从湿地得到的水含有天然丰富的硫(即，具有小于或等于VI的氧化数)，其可以被用于磺化木质素。在配制期望的试剂组分时，可以考虑水源内天然地可以得到的反应物或试剂成分的存在。例如，可以使用天然地可以得到的螯合剂来代替人工地添加的那些螯合剂。水源的天然盐度可以在所有步骤中加以考虑，并且其天然盐度变化(由于潮汐或其他因素)可以作为用于物理和化学处理的焓源来使用。天然地可以得到的碱性水源也可以用于某些处理，其中，溶液的pH值在约8至约12的范围内。

此外，该方法的某些步骤可以由于若干原因而变化。例如，韧皮纤维可以被预先处理或去皮，因此需要较少的侵蚀性处理。如果操作者确定一个或更多个步骤的结果被认为是不充分的，则可以重复某些步骤(使用或不使用更具侵蚀性的试剂)。在一些实施例中，植物茎秆可能仍是完整的(即韧皮未与整个植物分离)，需要额外的步骤/重复以去除额外的胶质。另一方面，一些韧皮纤维源可能已经被部分地处理(“浸渍”)以及需要较少的侵蚀性处理，从而允许省去一个或更多个步骤。由于对于该方法可用的可变控制，也可能期望特定质量的材料。

脱胶过程的流出物可以是下述的溶液及混合物：胶质、其部分地被氧化的中间产物、以及其氧化副产物、由于搅拌而损失的残留纤维素纤维、以及无机盐、残留试剂、清洁剂、和螯合剂。按照标准的城市用水处理方案，流出物的后处理包括附加的氧化(通过添加氧化剂和/或在原位中生成氧化剂)或生物活性。残留的纤维、木质素和经磺化的木质素可以作为可销售的材料从流出物中回收。适合的、脱毒的流出物可以作为农业用土壤的营养添加剂来使用。无机离子可以被添加到流出物，以调整离子比率和盐度来与流出物将被排放到其中的地表水的离子比率和盐度相匹配。流出物的碱度或酸度可以通过使用适合的酸或碱的滴定来中和。

通过上述过程获得的纤维是高质量的、分离的、柔软的、可纺纱的纤维。韧皮纤维充分地不含木质素、果胶和半纤维素，使得该纤维可以在常规纺织机械中被处理。这样的处理可以包括：通过纺纱、编织、制毡来制造纱线；以及诸如通过针刺法来制造无纺织物。

韧皮纤维可以保留绿色。可以通过将韧皮纤维提取到溶剂中、示出指示一般叶绿素色素(叶绿素a、b和c)的光度吸收光谱来确定颜色。如在Jeffrey和Humphrey，“NewSpectrophotometric Equations for Determining Chlorophylls a、b、c₁、c₂in HigherPlants,Algae and Natural Phytoplankton”，Biochem.Physiol.Pflanzen(BPP)Bd 167,S.191-194(1975)中所描述的，可以使用来自750、664、647和630nm波长的数据以直接地从适合的吸收光谱中计算叶绿素浓度。例如，将根据该方法的实施方式所生产的500mg经绿色着色的、经脱胶的、可纺纱的大麻纤维的样品在100mL的去离子水中浸泡达12小时，并通过0.45μm的Supor膜过滤。来自依照Jeffrey和Humphrey(1975)的吸收光谱中的数据示出提取物中的总叶绿素为1.6mg/L，按质量计相当于纤维样品中至少0.03％的叶绿素。使用Jeffrey和Humphrey(1975)的方法进行估算得出以下结果：

当对韧皮纤维源进行处理而没有漂白或氧化时，实质上消除了潜在的有毒副产物的产生，并且可以保留绿色。

图1是四个样品的黑白照片。这些样品从左到右是：

原始绿色大麻(未脱胶)

经脱胶的大麻纤维，其示出余留的略微的绿色(实际样品用于提取叶绿素，用于UV-VIS扫描)

经脱胶的纤维(不同种类-初始纤维为绿色)略微地深绿

经脱胶的纤维-无绿色(初始纤维不是绿色的)

在阅读了前面的描述之后，本领域技术人员将想到某些修改和改进。举例来说，本文所公开的方法不限于上述顺序。在某些实施方式中，可以省略、重复、组合或以不同顺序执行以上步骤。例如，有限的资源可能需要组合步骤，或在另一步骤中重复使用来自一个步骤的流出物。在一些实施方式中，可以修改步骤顺序、参数和迭代以增强或减弱特定纤维的性质或组分，或者使最终产物相对于未处理的韧皮的性质统一。应当理解的是，为了简洁和可读性，所有这样的修改和改进已经被省略，但是适当地在所附权利要求的范围内。