Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
31~
La présente invention concerne un procédé de cuisson
de matériaux lignocellulosiques tels que bois, paille, lin,
alfa, bagasse, etc... en vue de la production de pâte à papier,
caractérisé en ce qu'il met en oeuvre du tétrahydro-1,2 9 3,4,
anthracènediol-9,10. L'invention concerne également les bains
utilisés dans le procédé.
La préparation des pâtes à papier à partir de matières
végétales lignocellulosiques comporte généralement un stade de
cuisson avec des lessives alcalines destiné à dissoudre les
impuretés non cellulosiques, notamment la lignine présente en
proportion plus ou moins grande selon les espèces végétales.
Des protéines, des gommes, des hémicelluloses peuvent également
etre éliminées par le traitement de cuisson alcaline. Selon les
conditions dans lesquelles est effectué ce traitement, la
cellulose peut subir ou non une certaine dégradation chimique.
Cette dégradation chimique modifie les qualités de la cellulose
et altère ses propriétés mécaniques, ce qui est préjudiciable
à son utilisation papetière.
Ainsi le procédé de cuisson à la soude qui consiste
à faire agir une lessive de soude caustique, sans autre additif,
à température et pression élevées sur des copeaux de bois, con-
duit généralement à l'obtention de pâtes à papier de faibles
caractéristiques avec un rendement médiocre.
L'addition de sulfure alcalin à la liqueur de cuisson
à la soude a été reconnue depuis longtemps comme bénéfique et a
donné naissance au procédé de cuisson Kraft ou procédé dit "au
sulfate" qui est universellement utilisé et qui fournit la plus
grande part des pâtes à papier chimiques employées dans le monde.
Malheureusement, le procédé de cuisson Kraft à la
soude et au sulfure donne naissance à des composés sulfurés
~olatils générateurs de pollution atmosphérique et, malgré
.~ ~
~''~
--1-- ,r
1~4311
toutes les précautions prises pour éviter cette pollution, il
est souvent bien difficile de l'évlter d'une manière économique.
Des études ont montré que la réaction de dégradation
de la cellulose en milieu alcalin était due à la présence d'un
groupe réducteur en bout de chaîne cellulosique. C'est à ce
niveau que l'attaque alcaline induit la coupure de la chaine
(réaction de "peeling" : cf. SVENSK PAPPERSTIDNIG, No. 9, 15
mai 1966 - p. 311~. L'addition de polysulfure ou de composés
oxydo-réducteurs, en provoquant la réduction du groupe aldéhyde
terminal en groupe alcool ou son oxydation en acide carboxylique,
empêche la réaction de dégradation de se produire.
On a proposé d'ajouter à la lessive de cuisson à la
soude, à la place du sulfure, des dérivés sulfonés de l'anthra-
quinone (cf. brevet de la République Démocratique d'Allemagne
No. 98549 du 20 juin 1973), mais, en opérant de cette façon, on
n'évite pas complètement les problèmes de pollution. Dans le
brevet américain No. 4,012,280 du 15 mars 1977 il a été proposé
d'ajouter à la lessive de cuisson un dérivé quinonique non
soufré tel que l'anthraquinone, qui n'entra~ne pas de probl~me
de pollution atmosphérique.
Il a été maintenant trouvé, conformément à la présente
invention, qu'il était possible d'obtenir des résultats avanta-
geux en incorporant comme additif dans les lessives de cuisson
des matériaux lignocellulosiques du tétrahydro-1,2,3,4 anthra-
cènediol-9,10.
Le tétrahydro-1,2,3,4 anthracènediol-9,10 est un
composé connu, qui peut être obtenu par exemple par hydrogéna-
tion catalytique de l'anthraquinone (cf. SKITA, Ber, 1925, 58,
2685-97).
L'addition de tétrahydro-1,2,3,4 anthracènediol-9,10
à une lessive de cuisson du procédé de cuisson à la soude permet
1~44311
d'obtenir des pâtes présentant des propriétés mécaniques voisi-
nes de celles de pâtes Kraft, à rendements et indices Kappa
voisins.
L'addition de ce même composé à une lessive de cuis-
son du procédé de cuisson Kraft (ou"au sulfate") permet d'abais-
ser sensiblement l'indice Kappa des pates sans en altérer les
proprlétés mécaniques. A indices Kappa identiques, on peut
obtenir des rendements supérieurs à ceux obtenus pour la pâte
Kraft de référence (c'est-à-dire la pâte préparée par le pro-
cédé Kraft sans additif). Dans les mêmes conditions, l'addi-
tion d'anthraquinone à la place de tétrahydro-1,2,3,4 anthra-
cènediol-9,10 conduit à des pâtes de caractéristiques mécani-
ques inférieures.
Ces résultats peuvent être obtenus, dans le cas d'une
cuisson à la soude, pour des taux de soude caustique compris
entre 10 et 25% en poids de soude par rapport au végétal sec
et des taux de tétrahydro-1,2,3,4 anthracènediol-9,10 compris
entre 0,01 et 10%, de préférence entre 0,05 et 2%, en poids
par rapport au végétal sec, le rapport en poids
lessive de cuisson
- vegetal sec
étant de 3 à 6 et la température de cuisson etant comprise entre
150 et 200C. Les lessives de cuisson utilisées dans ce cas
.qont donc des bains aqueux contenant 1,66% à 8,33% en poids
de soude caustique et 0,00166% à 1,66%, de préférence 0,0083%
: à 0,33% en poids de tétrahydro-1,2,3,4 anthracènediol-9,10.
Dans le cas de la cuisson Kraft, le taux d'alcali
actif (par alcali actif on entend la somme NaOH + Na2S exprimée
en NaOH) est compris entre 10 et 25% en poids de soude causti-
que par rapport au végétal sec, la sulfidité (par sulfidité on
entend le pourcentage en poids de Na2S par rapport a l'alcali
.~ :
114~31~
actif) est comprise entre 15 et 30% en poids par rapport à
l'alcali actif e-t le taux d'adjuvant tétrahydro-1,2,3,4 anthra-
cènediol-9,10 est compris entre 0,01 et 10~/o~ de préférence entre
0,05 et 2% en poids par rapport au végétal sec, le rapport en
poids
lessive de cuisson
vege-tal sec
étant de 3 à 6 et la température de cuisson étant comprise entre
150C et 200C. Les lessives de cuisson utilisées dans ce cas
sont donc des bains aqueux ayant un taux d'alcali acti~ de 1,66%
à 8,33% en poids, une sulfidité de 15 à 30% en poids par rap-
port à l'alcali actif et contenant 0,00166% à 1,66%, de préfé-
rence 0,0083% à 0,33% en poids de tétrahydro-1,2,3, L~, anthra-
cènediol-9,10.
Les exemples ci-après illustrent l'invention sans en
limiter la portée.
EXEMPLE 1
On soumet des copeaux de pin maritime des Landes à la
cuisson dans un autoclave avec une liqueur de soude.
Les conditions de cuisson sont les suivantes:
a) paramètres constants:
. taux de soude caustique : 22% en poids par
rapport au végétal sec
. rapport en poids liqueur/végétal : 4
. température de cuisson : 170C
. temps de montée à la température de cuisson :
90 min.
. temps de cuisson gO min
b) paramètres variables:
nature et taux de l'adjuvant :
essai sans adjuvant (témoin) : taux d'adjuvant 0%
-
~ 31~
essais avec adjuvant tétrahydro-l, 2~3~4 anthracènediol-9,10 :
taux d'adjuvant 0~1%~ 0~5%~ 1% en poids par rapport
au végétal sec
essai avec adjuvant anthraquinone : taux d'adjuvant 0,5% en
poids par rapport au végétal sec.
Après cuisson, les pates obtenues sont lavées, désin-
tégrées et classées sur grille de 0,3 mm (classeur Vewerk).
Sur les pâtes, on détermine:
- le rendement brut et le rendement en pâte classée
- sur les pâtes écrues, l'indice Kappa suivant la
norme française NFT 12018
Sur les liqueurs après cuisson, on détermine:
- le pH
- la consommation en soude
Les résultats des déterminations sont rassemblées
dans le tableau I ci-après. Dans ce tableau figurent également,
à titre comparatif, les résultats obtenus dans un essai suivant
le procédé Kraft conventionnel (c'est-à-dire sans additif).
TABLEAU I - Effet de l'addition de tétrahvdro-l, 2 ~ 3,4 anthra-
20 cènediol-9,10 (4 HAD) à une liqueur de cuisson à la soude.
,- _.
Témoin 4 HAD 4 HAD 4 HAD Référence Anthra-
sans Kraft quinone
additif 0,1% O, 5% 1% conven- O, 5%
tionelle
Rendement brut, % 50 ~ 0 46 ~ 544 ~ 9 45 ~ 2 44 ~ 9 46 ~ 8
,
Rendement classé,% 48~6 45~8 44~7 45~0 44,7 46,2
Indice Kappa (IK~ 87~7 50~2 32 28~1 31~7 32~2
. -
pH liqueur après
cuisson 12,4 12~4 12~4 12~4 11,8 12~3
. :
% soude consommée/
au bois 15,8 16,7 17,8 18,0 17,0 17~5
en alcali
_ _ effectif
311
On constate que l'addition de tétrahydro-1,2,3,4
anthracènediol-9,10 accélère la délignification et la rend
plus sélective. L'effet est d'autant plus marqué que la quanti-
té d'adjuvant est plus grande. Avec 0,5% de tétrahydro-1,2,3,4
anthracènediol-9,10 la cuisson à la soude devient aussi per~or-
mante que la cuisson Kraft conventionnelle du point de vue de
la délignification.
Le tétrahydro-1,2,3,4 anthracènediol-9,10 a sensible-
ment le même effet que l'anthraquinone.
Les pâtes écrues de référence et celles obtenues avec
0,5% d'adjuvant (tétrahydro-1,2,3,4 anthracènediol-9,10 ou
anthraquinone) dans la liqueur de cuisson ont été raffinées
au moulin Jok~o et les feuilles pour essais physiques, d'un
grammage de 70 g au m environ, ont été réalisées à la formette
Rapid Kothen. Les caractéristiques mécaniques suivantes ont
été déterminées sur les feuilles:
- longueur de rupture : norme AFNOR NFQ 03004
- indice d'éclatement : norme AFNOR NFQ 03014
- indice de déchirure : norme AFNOR NFQ 03011
- résistance au pliage: norme AFNOR NFQ 03001
Les résultats obtenus sont rassemblés dans la tableau
: II ci-après:
TABLEAU II - Caractéristiques mécaniques des pâtes écrues raffi-
nées à 40 SR (Schopper Rie~ler)
Témoin 4 HAD Anthraqui- Kraft
: sans 0,5% none: 0,5% référence
additif
IK=87,7 IK=32 IK~32,2 IK=31 7
Rdt=50~o Rdt=44.9% Rdt=46,8% Rdt-4L,9%
Longueur de rupture4,570 6,7307~230 7,130
_
Résistance au pliage230 1,123 945 1,854
.
Indice d'éclatement2,81 4,72 5,07 5,71
_
Indice de déchirure 1,009 844 813 904
--6--
3~1
On constate que les caractéristiques mécaniques, donc
la qualité, de la pâte écrue obtenue par cuisson à la soude en
présence de 0,5% de tétrahydro-1,2,3,4 anthracènediol-9,10
sont très proches de celles de la pa-te Kraft conventionnelle.
EXEMPLE 2
On soumet des copeaux de pin maritime des Landes à
une cuisson en autoclave avec une liqueur soude-sulfure (pro-
cédé de cuisson Kraft) dans les conditions ci-dessous:
a) paramètres cons-tants
. taux d'alcali actif: 22% en poids par rapport
au végétal sec
. sulfidité: 25% par rapport à l'alcali actif
. rapport en poids liqueur/végétal: 4
. température de cuisson: 170C
. temps de montée à la température de cuisson:
90 min.
. temps de cuisson: 120 min.
b) paramètres variables
nature et taux de l'adjuvant:
essai sans adjuvant (témoin): taux d'adjuvant 0%
essais avec adjuvant tétrahydro-1,2,3,4 anthracènediol-9,10:
taux d'adjuvant 0,1%, 0,5%, 1% en poids par rapport
au végétal sec.
essai avec adjuvant anthraquinone: taux d'adjuvant 0,5% en
poids par rapport au végétal sec.
Après cuisson les mêmes opérations et déterminations
que celles décrites à l'exemple 1 sont effectuées sur les pâtes
et les liqueurs de cuisson. Les resultats obtenus sont ras-
semblés dans les tableaux III et IV ci-après.
1~4311
TABLEAU III - Effet de l'addi~tion de tétrahydro-1,2,3,4 anthra-
cènediol-9,10 (4 HAD) à une liqueur de cuisson Kraft
Témoin 4 HAD 4 HAD 4 HAD Anthra-
Ksanft quinone
additif 0,1% 0,5%. 1%
Rendement brut, %44,9 44,9 44,3 44,644,0
Rendement classé, % 44,7 44,7 44,244,5 43,8
,
Indice Kappa (IK)31,7 26,7 25,0 21,624,3 i
pH liqueur cuisson 11,8 11,7 11,811,8 12,1
% alcali effectif
consommé/bois 17,0 17,3 17,6 18,917,4
TABLEAU IV - Caractéristiques mécaniques des P~teS écrues
raffinées à 40 SR
_
Témoin 4 HAD : Anthraquino-
0,5% ne : 0,5 %
IK=31,7 IK-25 IK=24,3
Rdt=44,9% Rdt=44,3% Rdt= 44%
_
Longueur de rupture, m 7,130 7,140 5,850
Résistance au pliage 1,854 1,345 985
Indice d'éclatement 5,71 5,79 4,48
Indice de déchirure 904 885 808
On constate que l'addition de tétrahydro-1,2,3,4
anthracènediol-9,10 (4 HAD) augmente la vitesse et la sélecti-
vité de la délignification au cours d'une cuisson Kraft. Dans
les conditions opératoires utilisées cet effet se traduit par
une décroissance de l'indice Kappa des pâtes sans réduction
du rendement de la cuisson quand le taux d'adjuvant utilisé
augmen-te.
L'addition de 0,5% d'adjuvant permet de réduire l'in-
dice Kappa d'une pâte Kraft de pin maritime de 32 à 24 à 25.
~443~1
L'addition de té-trahydro-1,2,3,4 anthracènediol-9,10 est plus
favorable que celle d'anthraquinone qui, ainsi que le montrent
les caractéristiques mécaniques des pâtes écrues, provoque une
dégradation relativement importan-te de la cellulose.
_g_
