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"Procedé de fabrication d ~Ine pate de fibres ceLl~llosique pour
utilisatlon non pâpetière"
L'Lnvention a pour objet un procédé et une installation de fabrication
d'une pate de fibres cellulosique utilisabLe spécialement dans des domaines
non papetiers sans autre trait~ment qu'un assèch~ment.
On connait depuis longtemps un certain nombre de procedés de fabrica-
tion de pate callulosique, nota~ment à partir de copeaux de bois ~ qui con-
sist~nt, par divers moyensS à désagré~er las copeaux pour en isoler les fi-
bres. Ces procédés ont été mis au point spécial~ment pour la fabrication de
pâte à papier.
Pour ob~enir l'isolement des fibres~ on peut désagréger les copeaux
par voie purement mécanique au moyen de meules, par exemple. On obtient
alors les p~at&s dites mécaniques. Cependant, iL peut être intéressant d~es-
sayer d'él~miner la llgnine qui assure l'adhérence des fibres entre elles
aux moyens de réactifs chimiques. Dans ce cas~ les copeaux subissent une cuis-
son pendant un temps assez long dans des appareils appeles digesteurs permet-
~ant au reactif d'attaquer la lignine qui se dissout dans la phase liquideSi le traitement chimique es~ assez pousse pour obtenir l'isolement compLee
des fibres, on obtient les p~tes di.es chimiques qui sont désint-égrées faci-
lement, par e~emple par soufflage à l'air comprimé.
Cependant, on peut également combiner le traitement mécanique et le trai-
teatent chimique. On obtient alors les pâtes mi~c~imiques qui font appel, dansun pr~ier stade, à un réac~if ch~mique attaquant la lignine puis, dans un
second stade, à une énergie mécanique, geaéralement dans des appareils appe-
lés défibreurs à disques.
On peut égalemen~ ramoLir les copeaux avant le trait~ment mécanique par
25` action d'un réactif c~imique ou de vapeur d~eau à haute température et l'on
obtient les pâtes dites mécano-chimiques et ~henmo-mécani4ues.
Dans tous les cas, la p~te obten~ à la fin du traitement de défibrage se
présente sous la fonme d'une suspension très diluée qui doit 8tre lavée, blan-
chie puis essorée.
La Société déposante à mis au point depuis quelques années un nouveau
procédé et une nouvelle machine de défibrage des copeaux de bois. Cette machi-
ne décrite9en par~iclllier dans le brevet fran~ais n 2.319.737 comprend au
moi.ns deux vis à file~s identiques en~renant l'u~e dans l'autre a~ entrainées
en rotation à l'intérieur d'un fourreau ~uni d'un orifice amont d'entrée des
copeau~ et d'un orifice aval de soxtie de la matière defibrée ; les filats
des vis ont des pas varies qui determinent une successiotl de zones de traita-
ment co~prenant chactme une section à pas direct dans laquelle la matiere est
e~trai~ee vers l'aval et une section à oas inversé qtll freina l'a~ancement
de la matlère et par conséquent détermine ~ne montee en pression. Dans cet-
te section à pas inversés, les filee~ sont cependant nunis de fen~tres
penmettant le passage vers l'aval d'lme certaine quantité de ma~ière. Se-
lon l'inven~ion précédenre, les largeurs des fenêtres sont réglées de fa~çon à maintenir en amon~ la matière insuffisam~ent défibrée et à laisser
passer ve~ ]'aval la matière ayant al:teint le degré de défibrage souhaité,
la plus ~rande par~ie du travail de défibrage étant obtenuepar une combi-
naison cl'effets de c~mpression et de cisaillemen~ dans les zones comprimées,
en par~iculier grâce au fait que, dans ces zones, la mati~re es~ entrainée
autour des filets en passant d'une vis à l'autre. On peut ainsi réaliser
progressiv~ment le défibrage des copeaux en d;~ nt la lar~eur des fenê-
tres dlune zone de freinaga à la suivante. Général~nent, un défibrage cor-
rect est obtenu par p~ssage dans trois ou quatre sectio~s à pas inversé.
D'autre part, un a~antage important réside dans le fait qu'il est
possible de réaliser à l'in~érieur de la même machine le bl~n~h;m~t de la
pâ~e au cours du défibrage des cope~ux ainsi que le lavage et u~ essora~e
jusqu'à un degré de siccité dlau moins 35 %. A cet effet, 12 fourreau en-
touran~ les vis est muni de zones filtrantes dans les parties précédents
les sections à pas Inversé. On constate en effet que la phase liquide qui
e~t exprimée dàns les zonas de compression peut remonter vers l'amont dans
les zones moins comprimées en passant entre la phériphérie des filets et la
paroi in~erne du fourreau ~usqu'aux æones filtrantes où elle est évacuée.
La p~te ainsi produite contient un certain no~bre d'Lmpuretés et no-
t~ent des noeudsJ des amas de fibres et des petits morceaux insuffis~m~nt
défibrés appelés buchettes. C'est pourquoi la p~te passe également dans un
désintégrateur qui efectue un défibrage final puis dans divers appareils
de triag~.
Par ailleurs3 la p~te brute est constituée de fibres normalement
trop ~rossières pour etre utilisable directement pour la f~brication de
papier doit donc subir un trait~ment di~ de raffinage dans une pile raffi-
neuse ou un raffineur. Au cours de ce traitement, e~ ~o~amment sous l'action
de l}eau~ on ob~ient un effet dit de fibrillation qui fa~orise l'adherence
des fibres entre elles au cours de la fabrication du papier.
Tou~es ces OpératiQns qui vi~nnent d'~etre décrites succint~nen~ ont
été ~ises au pOillt spécialement pour la fabrication du papier. Or les p~tes
de fibres cellulosique peuvent avoir d'autres utilisations. En particulier,
outre les utilisations chimiques de la cellulose alnsi produite, le~ p~te~
de fibres réalisées par voie pape~ière s~rvent de ma~iere pr~mi~re pour la
fabrlcation de produits absorbant du ~enxe ouate de cellulose ou de produLts
moulés dans lQsquels les fibres isoLés par le traitement de défibra8e sont
mélangés avec un liant thexmo-dul-cis;able.
Dans ces applications non papetlères, il es~ nécessaire également
dlélLminer les i~puretés, les amas de fibres et les buchettes. D'autre part~
il fau~ généralement éliminer aussi La plus grande partie de la résine en
paxticulier pour l'obtention de produits absorbants ou pour éviter le col-
matage des installations d'élimination ultérieure de l'eau.
Dans ce but, on a utilisé jusqu'à présent les méthodes connues pour
la fabrication de la pâte à papier bien que dans ces au~res applicationsg
la pate de fibres ne doi~ent pas nécessairement avoir les mêmes propriétés~
En particulier~ si~ pour obtsnir le défibrage total de la pate, on la fait
passer dans des ~ppareils analogues aux raffineurs classiques, on obtient
un effet de fibrillation qui n'est pas nécessaxre e~ peut m~e être g8nant
car il di~inue la vitesse de déshydratation~
Pa~ ailleurs, le triage et le raffinage s'effectuent en suspension
très diluée, ce qui n'a pas d'inconvénient dans la fabrication du papier
qui nécessite de tou~e fa~on l'ali~entation des machines par une suspension
très diluée pour obtenir une bonne répartition des fibres. En revanche,
dans les applic~tions non papetières, il est intéressant de diminuer autant
que possible la ~eneur de La pâte en liquide dont l'élimination nécessiee
une grande dépense d'énergie.
L'invention a pour objet un nou~eau procédé pelmettant d'effectuer
le défibrage final de la p~te par des moyens mieux adaptés à la réalisation
de p~te de fibres à utilisation non pape~ière et qui, en outre, nécessite
un équipement plus simple et beaucoup moins encQmbrant et une dépense d'é-
nergie bien moindre.
Par ailleu~s, alors que les installa~ions de fabrication de p~te à
papier ne sont/que pour des productions t~ès importantes, le nouveau pro-
cédé selon l'in~ention permet de s'adap~er de fa~on beaucoup plus soupleà des productions d'importance moyenne.
Conformément à l'invention, le trai~ement de défibrage étant effec-
tué dans une machine à vis de type connu, après avoir obtenu le degré de
défibrage so-~haité par passage dans les pr~mières zones de traitemant, on
élimine complètement les buchettes et a~a de fibres par passage de la ~a~
tière dans au moins deux zones supplémen~aires de trai~ement, jusqu'a
obt.ention d'une pâte h~mogène conseituee uniquement de fibres isol~snra-
yant pas subi de fibrillation.
On a déjà lndiqué plus haut que, dans une machine à vis du type de-
crit dans 1~ bre~et français 2.319.737, le eraltement de defibra8e est ~f-
fectué progressivement par passage dans plusieurs zones de traitement cons-
tituées chacune d'une section d'entrainement à pas direct suivie d'une sec-
tiOII de frelnage munle de filets à pas inversé dans lesquels sont ménagées
des fenêtres dont la largeur permet de contr81ar le passage vers l'aval de
la m~tiare ayan~ atteint le te8ré de défibrage souhaité. Si l'on part de
copeaux de bQis, on peut atteindre le degré de défibrage d'une pâte normale
pax passage dans trois ou qua~re zones de traitement. D'autre part, selon
une caractéristique très intéressante de cette machine, les copeaux de bois
peuvent a~re alimentés à l'orifice amont de la machine avec une très faible
quanti~é d'eau et, en particulier, lorsque les copeaux sont imbibés d'eau
avant le défibrage~ cc~me c'est le cas habituellement, la quantité de phase
liquide qu'ils contiennent est généralement suffisan~e, la matière pouvant
être entrainée d'une zone de traitement à l'autre et défibrée dans de bonnes
conditions jusqu'à un degré de siccité de 55 %.
C~mme dans les autres procédés de defibrage mécaniques~ la pâte ainsi réa-
lisée contient une certaine quantité d'an~s de fibres et de buchettes insuf-
fisamment défibrées, or on ne peut poursui~re le traitement de défibrage en
~i~;nll~nt encore la largeur des fenêtres car, dans ce cas, on diminuerait
la qualité de la pate par un raccourcissement excessif des fibres. C'est
pourquoi, lorsque la pâte de fibres réalisée est destinée à la fabrication
de papier, on Lui fait subir une opéra.ion de raffinage par des moyens clas-
siques.
Or on a constaté que si l'on fait passer la pâte défibree dans un cer~ain
nombre de zone~ de traitement suppl~mentaires san~ changer la larg~ur des
fenAetres des sections de freinage à pas inversé, on parvient à éliminer com-
plète~ent les buGhettes sans diminuer de fac,on excessive la longueur des fi-
bres. Cet effet surprenant peut s'expliquer p~r le fait que la longueux des
fibres dépend essentlellement de la largeur des fenêtres et par conséquent
n'es~ pas beaucoup modifiée si l'on ne diminue pas cette largeur dans les
zones suivantes, et qu'en revanche, si l'on fait passer la pace défibrée
dans au moins deu~ zoIles de ~raitement supplementaires, grace au degré de
siccité relativemen~ élevé, les sections à pas inversés continuent à déter-
miner une montée en pression de la matière et par consequent de soumettre
les buchettes à un travail de cisaillemen~ et de torsion sous pression qui
permet de les éliminer complètement et d'obtenir à la sor~ie de la machine
une pâte homogène constituée uniquement te fibres isolées.
Certes, ce passage dans des zones supplémen~aires de traitement ne r~m-
place pas le raffinage car on n'obtien~ pas l'effet de Eibrillation recherche
pour les p~tes à papler mais, précis~ent, dans les apylications non pape-
~ières, la EibriLlation n'est pas nécessalre et peut même, parfois, ~etre
néfaste. En revanche, il est particulièrement intéressant d'obtenir en con-
tinu une p~te de fibres dépourvue de buchettes et relative~ent sèche à la
S sortie d'une ~achine unique pe-l enc~lbrante alimentée en copeaux de bois.
Mais, ce type de machine présente égaLement l'avantage t~ès intéressant
de réaliser é~alement, en cas de besoin, l'élimination de la plus grande
partie de la résine contenue dans le bois. Cette éliminaeion de la résine
est par~iculièrement utile pour l'ob~ention de matières absorbantes du gen-
re o~ate de cellulose. Jusqu'a présent, ce type de produit était réaliséà partir d'une p~te chimique pour laquelle la cuisson avait été efecu-Lée_
avec des réactifs choisis de façon à effectuer l'élimination de La résine
en m&me temps que celle de la lignine. La voie chimique donnalt en outre
l'avantage de fournir une pâte très fi~e dépourvue de buchettes. Cependant,
la p~te chimique est onéreuse et on avai~ égalemen~ cherché à réaliser des
matières absor'~antes à partir d'une p~te thermo-mécanique ou mécano-chimi-
que. Dans ce cas, la résine doit ~etre éliminée par un réactif, généralement
avant le traitement de défibrage. Cependant, de telles pâtes contiennent une
certaine quantité de buchettes qui ne conviennent pas aux ut~lisations habi- _tuelles de la ouate de cellulose et qui, comme on l'a dit plus haut, doivent
~tre éliminees par les moyens connus dans l'industrie pape~ière.
Or on a constaté que, lorsque le traitement de dé~ibrage est effectué
dans une machine à plusieurs vis, si l'on utilise comme matière première des
copeaux de bois résineux dont ll~ge par rappor~ à l'époque de la coupe est
choisi de fa~on que la résine se décolle des canaux qui la contienne, on
peut effectuer l'élimination de la plus grande partie de la résine par voie
mécanique en m~me temps que le défibra8e dans les deux premières zones de
trai~ement.
En pratique~ on doit traiter des copeaux de bois ayant un ~ge inférieur
à trois jours ou bien dtenviron six/ou plus~ En effet, dans le pre~ier cas,
la résine n'es~ pas encore deven~etrès visqueuse et peut s'~chapper des ca-
naux et, da~s le second cas9 la résine est devenue au contraire dure et peut
se décoller de la paxoi des canaux.
Ainsi, le passage dans les zones de compression, c'est-à-dire à la fin
des sections d'entrainement et dans les seceions de reinage per~et d'ex-
primer la résine qui S& dissout dans La phase liquide exprimée en m~e~e temps
et peut ~etre évacuée avec elle par les orifices de fil~ration m&nages en amont
des zones c~mprimées.
Alors que, no~malement~ 1 t expulsion de la résine par compression davrait
v~
nécessi~er une pression de l'ordre de 500 bars, on cons~a~e que, dans une
machine à plusieurs vis, le mêms résultat est obtenu avec une pression ~50
à 2CO bars seulement~ En effet, le traitement mécanique de défibrage auquel
sont soumis les copeaux dans les zoneC; comprimées per~et, par l'effet com-
bine de cisaillement, de compression e~ de pression que l'on obtient, de
décoller la résine des canaux en petit:es particules qui se mélangent à la
phase liquide et s'évacuent avec elles.
Cet effet mécanique est amplifié si l'on introduit dans le fourreau un
réactif favorisant le décollement de la résinQ.
Or on a constaté que l'introduction d'un réac~if de blanchiment tel qu'un
mélange d'eau oxygénée et de peroxyde de sodium, sans agent séquestrant ac-
tivait l'Plim;n~tion de la résine~ On notera que le réactif de blan~him~n~
est, dans ce cas, introdui~ dès la première zone de traitemen~ au dé~ut du
défibrage, ce qui lui perme~ d'imprégner les copeaux dans la première æone
d'entrainement avec la première montée en pression~ On introduit cependant
également le réactif de bl~n~h;~e~t dans la seconde zone de traitement où
l'on continue l'élimination de la résine et où la p~ate est en meme temps
blanchie~
Il est intéressant é~alement de m~nir d'orifices de filtra~ion les deux
ZO premières zones de traitementO De la sorte, on réalise dans la première 20ne
une concentration de la p~te en élim;n~n~ une partie de la phase liquide avec
la ré ine et, dans la seconde zone, on peut injecter un liqulde de lavage qui
acti~e l~élimi~tion des ~mpuretés. Cependant~ on laisse passer ~ers ltaval
une certaine quantité de réactif de bl~n~h;mPnt qui permet de terminer ce-
lul-ci dans les zones de traitement suivantes de facon à obtenir à la sortie
de la machine une p~te défibrée, raffinée et bla~chie, ce qui est particuliè-
rement intéressant lorsque l'on réalise de la ouate de cellulose.
D'autres réactis chimiques peuvent eoalement ~tre utilisés pour favoriser
l'PI~ tion de la résine. GQest ainsi que, pa~ exemple, on a constaté qu'il
était intéressan~ de faire subir aux copeau~ un pré-trai~ement de sulfonation
avant le traitement de défibrage. On peut par exemple effectuer un traitement
court avec un mono~3ulfite ou bi~ sul~ite. Les copeaux ayant subit cette sul-
fonation préalable sont introduits dans la pr~mière zone d& traitement de la
mschine où l'on injecte également un liquide de lavage. On peut ainSi effec-
tuer un rin~age dans la première zone d'entrainement puis, après la première
étape de défibrage efectuée dans la première section de freinage, un bIan-
chimentdans la seconde zone de traitement ec éventuellement dans les zones
suivantes. Avant la sortie de la machine, un rin~age final peut ~tre effec-
tué dans la dernière zone de traitement.
Chaque section à pas inversé, par La compression de la maclère qu'elle
provoque, de~ermine la formation d'un bouchon continu étanche même à des
gaz. C'est pourquoi l'on peut également utiliser, un solvant volatil pour
actlver l'ëlimination de la réslne.
L'obtention à la sortie de la machLne d'un p~oduit relativement sec est
particulièrement avantageuse dans le cas des applications non papetières
p~ur lesquelles le sachage sur toile filtrante n'est pas adapté.
En effet, généralement, on préfère utiliser ccmm8 matière première une
p~e de fibres assechée dans des filt~es presses et se présentant par con-
séquent sous la forme de plaques. Les fibres sont détachées de ces plaques
- par ~-oie mécanique et forment une bourre qui est ensuite cardée. Les parties
non défibrées doivent etre éliminées par un triage à sec, ce qui diminue le
rendement global Grâce au procédé selon l'invention au contraire~ on ob-
~ient une p~te déjà raffinée et déja essorée qui ne nécessite qu'un séchage
complémentaire, par exemple, par air chaud pour l'obtention d'une bourre sè-
che pou~ant être cardée de fa~on classique mais ne contenant pas de parties
non défibrées.
Dans le cas où la pate de fibres est mélangée à un liant pour la réalisa-
tion d'objets moulés, il est possible d'u~iliser directement la pate sor~ant
de la machine avec le degré de siccité de 35 % aù moins et dreffectuer le
eécha~e final par pression dans un moule à paroi ~ rante. En effectuant le
raffinage sans effet de fibrillation, on diminue le risque de co~matage des
parGis filtrantes e~ l'on aùgmente la vitesse de déshydratation. D'autre
part, l'élimination de la résine et de l!eau favorise le mélange des fi-
bres avec le liant.
Sur les fig~res, on a représenté schématiquement et à ti~re d'exemple une
machine pour la realisation du procédé. La figure 1 est une vue en coupe lon-
gitudinale par l'axe dtuu~ vis, la figure 2 étant une vue en coupe transver-
sale selon II,II de la ~igure 1.
La machi~e c~mprend deux vis I et 2 à axes parallèles et munies de filets
identiques qui pénètrent l'un dans l'autre. Un fourreau 3 qui enveloppe les
deux vis esc muni à une extrémité d'un orifice d~alimentation 31 et à l'autre
extr~mité d'un orifice d'évacuation 32. Les deux vis sont entrainées en ro-
tation dans le sens permee~antS selon le pas des filets, d'entrainer la ma-
tière introduite par ltorifice 31 jusqu'à l'orifice de sortie 32.
Les filets des vis ont des pas variés qui dé~eDminent des zones de trai-
tement successi~es~ respectivement I, II, III ... etc. Dans l'e~emple repre-
senté, La machine comprend si~ zones de traitemen~ suivies d'une zone VII
d'évacua~ion de la ma~ière traitée vers l'oriEice de sortie 32.
~a~ ~u~
Chaque æone de traitement cGmprend une zone A don~ le pas détermine, en
fonction du sens de rotation de la vis, l'entrainemen~ vers l'aval de la ma-
tiare et une zone B dont le oas est inversé de façon à déterminer un freina-
ge de la ma~iè.re et par consequent une c~mpression à la fin de la zone A et
dans la æone B.
C~mme représen~é sur la figure 2, Les filets 11 et 21 des vis dans la
zone B sont munis d'ouvertures 12, 22 formant des fenetres qui s'étendent
depuis l'arbre dela vis jusqu'à la périphei-ie du filet~ La largeur des fenê-
tres diminue lorsque l'on va vers l'aval. C'est ainsi que, par exemple, si
l'on traite une pâte ayant subi un pré~tIaitement d'imprégnation par un réac~
tif, pour le ramolissement des copeau~, les fenêtres peu~ent avoir une lar-
geur comprise entre 15 et 20 mm dans la pre~ière sec~ion de freinage et de
4 à ~ mm à la sortie ds la dernière zone de défibrage, c'es~-à-dire la zone
III ou IV. Cette largeur est conservée dans les sections de freinage des zones
s~i~antes V et VI~
D'autre par~, des orifices 33, placés généralement, juste en avant des
sections de freinage Bl, B2~ etc...9 c'est-à-dire dans Les zones c~m,orLméeS~
permettent d'injecter sous presslon divers réactlfs et, da~s les deux premiè-
res zones de traitement I et II des parties filtrantes 34 sont ménagées dans
le fourreau en amQnt des zones comprimées.
Ainsi, on a pu traiter dans une telle machine des copeaux de bois résineux
de plus de six mois ayant subi un pré-traitement de sulfonation avant leur
introduction dans la machine. Par l'orifice 33, on a introduit un liquide de
lavage de facon à effectuer un rincage dans la zone Al, le liquide usé étant
évacué par la partie filtranta 34. Par l'orifice 35 de la zone II sn a intro-
duit un réac~if de bl~n~hlm~nt, par exemple un melange d'eau oxygénée et de
soude, dans une propor~ion de l'ordre de 2 ~/0 du poids de matière sèche. Un
deu~ième essorage est effec~ué dans une partie filtrant~ du fourreau, jusqu'à
un degre de siccité de 35 %, qui se maintient ensuite jusqu'à la sortie de la
3~ machine.
A la sortie de la deu~ième zone de trait~ment, on a~ait évacué par des par-
ties filtrantes la plus grande partie de la résine puisqu'il n'en restaie plus
que 0,7 % du poids de matière sèche. La p~te obtenue à la sort~ie de la machine
était complètementdéfib~ée et contenait environ 35 ~Z de flbres longues passant
au t~mis de 18 MESH et 35 ~/~ de fibres courtes passan~ au tamis de 48 ~SH.
Gr~ce à l'él~mination de la résine, ceete pâte était par~iculièr~ment adaptee
à la fabrication d'une mati~re absorbante puisque son coefficient d'absorp-
tion défini selon les nonmes en vigueur n'était que de 10.
Bie~ entendu, l'inventio~ ne se Limi~e pas seulemen~ à ce mode de realisa-
tion décrit seule~ent à tiere d'exemple, nl aux seules applications qui ont
été citées. C~est airlsi que les p~tes de fibres ainsi réalisées pourraient
également servir de ~atière premièrQ pour des produits non tissés.
