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PROCEDB D~ TRAITEMENT D'UN~ PATB PAPE~IBRB PAR UNe
PRBPARATION ~NZY~ATlQUB POUR LA FA~RicATloN DE PAPIER OU
CARTON.
La présente invention concerne l'industrie papetière
et notamment l'industrie du papier recyclé et elle a plus
précisément pour ob~et un nouveau procédé de traitement de
25 pâtes papetières au moyen d'une préparation enzymatigue,
permettant notamment une bonne machinabilit~ de ladite pâte
lors de la fabrication du papier.
L'industrie papetière utilise de plus en plus de pa-
piers recyclés. Dans la fabrication du carton ondulé par
30 exemple, on fait de plu8 en plus appel à des matières pre-
mières à base de fibres recyclées, et on augmente parallè-
lement le nombre des recyclages. Or, à chaque recyclage, la
gualité de~ matières premières se dégrade davantage. Pour
retrouver un niveau satisfaisant des caractéristigues mé-
35 cani~ues, on proc~de alors g~néralement à un raffinage despâtes en suspension agueuse, ce qui entra~ne des difficul-
tés de machinabilité, en particulier d'ésouttabil~té de la
composition papetière.
Les p~tes en suspension aqueuse prêtes à être mises en
.
.. . . -
, - - .
.. .. . .
- .
2026652
oeuvre sur une machine à papier peuvent être caractérisées
par divers paramètres, et 1'un d'entre eux est particuliè-
rement significatif pour la prévision de l'aptitude de la
pâte à l'égouttage. On définit ainsi le degré Schopper-
5 Riegler (SR~ d'une pâte comme étant un élément d'apprécia-
tion de la qualité d'une pâte pour la fabrication du pa-
pier. Il exprime l'aptitude de l'eau à se séparer de la
suspension dans les conditions définies par la norme NFQ 50
003. Sur une échelle allant de 0 à 100, une valeur élevée
10 du SR traduit une faible vitesse d'égouttage de la suspen-
sion tandis qu'une valeur faible traduit une vitesse
d'égouttage plus rapide. On a observé par exemple qu'une
pâte qui a subi une opération de raffinage voit son SR plus
ou moins augmenté selon le degré de raffinage subi, par
15 rapport ~ une pâte qui n'a pas ou peu subi une telle opé-
ration.
Ce paramètre joue un rôle particulièrement important
dans la productivité de la machine à papier. En effet, pour
augmenter la productlvité, il faut gue la phase d'égouttage
20 prenne le moins de temps possible. Pour des suspensions
avec un degré SR élevé, on est obligé d'augmenter la con-
centxation des pâtes pour conserver une même cadence de
fabrication. Cela entraine une moins bonne formation des
feuilles car les fibres se répartissent plus difficilement.
25 Il est donc particulièrement avantageux de disposer de
suspensions présentant un degré SR assez faible.
Dès que des suspensions présentent un degré SR supé-
rieux à 25, il devient souhaitable d'essayer de le faire
baisser pour améliorer les conditions de fabrication du
30 papier. Un tel abaissement est souhaitable suivant deux
aspects : d'une part, on peut améliorer la productivité de
la machine à papier grâce à l'accélération de l'égouttage ;
d'autre part, on peut conserver les cadences de fabrication
sans avoir à compenser la lenteur de l'égouttage par une
35 moindre dilution de la suspension, avec les risgues que
cela entrainerait d'une mauvaise formation des feuilles.
Dans la publication de brevet européen 0 262 040, on a
d~crit un proc~dé de traitement de pâtes papetières en
suspension aqueuse, notamment des pâtes à base de fibres
2OE2g652
r~cyclées, possédant un degré SR au moins égal à 25 qui,
par utilisation de préparations enzymatiques à base de
cellula~es et/ou d'hémicellulases, permet d'abaisser le SR
et donc d'améliorer l'égouttage de la suspension et la
5 productivité de la machine à papier.
Les préparations enzymatiques contenant des cellulases
et/ou des hémicellulases décrites sont de préférence celles
qui possèdent une activité C~, une activité Cx et une ac-
tivité xylanasique. Ces trois activités sont définies par
10 la nomenclature internationale des enzymes et elles peuvent
être qualifiées et exprimées en unités du système interna-
tional par milligramme de poudre de la préparation enzyma-
tigue considérée. L'activité C~ est l'action de la cellob-
iohydrolase pouvant être dosée sur de la cellulose pure
15 très organisée. Cette activité se manifeste par la produc-
tion de cellobiose et le système international a retenu le
substrat AV~C~ comme substrat de référence. L'activité Cx
est dosée sur de la cellulose modifiée, la carboxy-
méthylcellulose et elle est quantifiée par une chute de la
20 viscosité de la carboxyméthylcellulose ou une augmentation
des extrémltés réductrices. L'activité xylanasique permet
une hydrolyse des xylanes de liaison.
Comme décrit dans le document cité, le milieu
réactionnel peut être plus ou moins approprié à l'action
25 des enzymes. Des conditions de température et de pH con-
viennent plus particulièrement pour éviter tout risque de
dénaturation des enzymes par le milieu. Le pH est ainsi
avantageusement compris entre 3 et 7, et la température
entre 20C et 60DC. Au dela de 60C, le milieu tend à dé-
30 naturer l'enzyme, et en dessous de 20C, l'action des en-
zymes se manifeste particulièrement lentement.
Avec les préparations enzymatigues décrites dans ce
document, il est recommandé de se placer à un pH compris
entre 3 et 7 environ.
Certaines compositions papetières de fibres recyclées
peuvent présenter un pH élevé et supérieur à 7. Dans ce
cas, on peut être amené à diminuer le pH pour se situer
dans les conditions optimales d'action des préparations
enzymatigues.
- ..
. ~ ~
2026~2
La diminution du pH s'effectue généralement par addi-
tion d'acide tel l'acide sulfurique. Outre l'inconvenient
d'être une opération supplémentaire, l'addition d'un acide
peut provoquer des perturbations au niveau de la formation
5 de la feuille sur la machine à papier, par exemple diminuer
l'efficacité de certains agents tels les agents de réten-
tion.
De plus, dans le cas des papiers impression-écriture
par exemple, il est nécessaire d'ajouter une quantité im-
10 portante d'acide ce qui diminue 1'intérêt économique duprocédé de traitement par les enzymes.
L'invention obvie aux inconvénients cités.
On a maintenant trouvé selon l'invention des prépara-
tions enzymatiques à base de cellulases et/ou d'hémicel-
15 lulases qui ne nécessitent pas de modifications du procédéde formage de la feuille et qui peuvent être utilisées à
des pH supérieurs aux pH utilisés ~usqu'à présent.
Le procédé selon l'invention consiste à utiliser en
vue d'abaisser le SR des compositions papetières, notamment
20 à base de fibres recyclées, présentant un SR supérieur à
25, des pr~parations enzymatiques contenant des cellulases
dites alcalines, choisies parmi celles produites par la
fermentation du champignon Humicola insolens et celles
produites par la bactérie Cellulomonas.
Les cellulases alcalines utilisées de préférence sont
celles obtenues à partir des souches déposées à une auto-
rité de dépôt international de micro-organismes et réfé-
rencées CBS 39 269, CBS 14 764, ATCC 16 454, ATCC 26 908,
ATCC 34 627 pour le champignon Humicola insolens et UDA 8
30 200, FIMI 11 341, UDA 11 494 pour la bactérie Cellulomonas.
Toutes ces cellulases présentent une activité CMC (Cx)
et une activité papier filtre plus élevées à pH 7 ou 9 gu'à
pH 5. L'activité papier filtre correspond a la mesure des
sucres réducteurs libérés par l'action de la préparation
35 enzymatique à partir du papier filtre ~papier filtre
WHATMAN ) .
Sous un des aspects de l'invention, on traite une pâte
papetière notamment une pâte papetière à base de fibres
recyclées, par une préparation enzymatigue présentant une
2 ~ 2
activité maximale exprimée par rapport à l'abaissement du
degré SR pour des valeurs de pH supérieures à 6.
Les préparations enzymatiques selon 1'invention peu-
vent etre utilisées à des concentrations comprises entre
5 0,01 % à 2 % en poids de la pâte papetière exprimés à sec.
On peu~ aussi utiliser dans le cadre de l'invention,
des préparations enzymatiques désisnées SOU5 1 ~ appellation
Celluzyme ~ par la société NOVO, qui contiennent des
cellulases produites par la fermentation du champignon
10 Humicola insolens.
Apras le traitement par les préparations enzymatiques
selon l'invention, les compositions papetières en suspen-
sions aqueuses sont mises en oeuvre sur une machine à pa-
pier usuelle qui comprend - une table de fabrication munie
15 d'une caisse apportant un jet de pate en suspension aqueuse
pour la formation d'une feuille de papier, la table de fa-
brication étant recouverte d'une toile pour l'égouttage de
la pâte, - une section de presse, - une section de séchage.
D'autres caractéristigues et avantages de l'invention
20 apparaitront au cours de la description détaillée suivante
d'exemples de réalisation.
Dans tous les exemples rapportés, les caractéristiques
indiquées sont d~finies de la fason suivante :
- degré Schopper-Rieger (SR) : conformément à la norme NFQ
50 003 ~mesuré sur une pate en suspension homogène à
2 g/l)
~xemples 1 A 15 :
On prépare une suspension aqueuse d'une pâte papetière
à base de fibres recyclées de la fason suivante :
On pèse 1 ~g sec d'une pâte constituée uniquement de
fibres en provenance de caisses en carton recyclées. On en
fait une suspension aqueuse ~ 3 % en poids en ajoutant de
l'eau ~usgu'~ un poids total de 33,333 kg. on ajuste le pH,
pour obtenir un pH de 5, 6, 7, 8, 9 selon les exemples,
35 puis on porte la suspension fibreuse à la température dé-
sirée de 50, 40 ou 30C selon les exemples. Une fois cette
temp~rature atteinte, on introduit 3 g d'une poudre à base
de cellulases désignée sous l'appellation Celluzyme ~ 1500T
par la société NOVO. On laisse réagir les enzymes sous
z
agitation pendant 1/2 heure. On dilue la suspension aqueuse
par addition d'eau pour obtenir une suspension à 7 g/l et
on mesure le degré SR. Les valeurs obtenues sont indiquées
dans le tableau ci-après. On réalise ainsi 15 exemples
5 différents par la température et le pH.
ExemDles 16 a 30 :
On opère comme dans les exemples précédents sauf qu'on
change la préparation enzymatique, en utilisant ici une
poudre à base de cellulases désignée sous l'appellation
10 Celluzyme ~ 0,7 T par la société NOVO.
ExemDles 31 à 33 :
On opère comme dans les exemples 6, 8 et 10 respecti-
vement, en utilisant une préparation enzymatique à base de
cellulases issues de la souche CBS 14 764 du champignon
15 Humicola insolens.
La préparation enzymatique est obtenue de la façon
suivante :
La souche telle que fournit par l'autorité de dépôt
internationale Centraalbureau Voor Schimmelrcultures (CBS)
20 est transférée dans un milieu stérile contenant de la cel-
lulose, à un pH 6. Après 7 ~ours de culture à 40C, le my-
celium est séparé du milieu de fermentation par filtration.
Le filtrat obtenu est lyophilisé de manière à obtenir une
poudre gue l'on peut employer à raison de 0,01 à 2 % en
25 poids, du poids en sec de la pâte papetière à traiter.
Exemples 34 à 36 :
On opère comme dans les exemples 6, 8 et 10 respecti-
vement, en utilisant une préparation enzymatique à base de
cellulases issues de la souche UDA 11 494 de la bactérie
30 Cellulomonas.
La préparation enzymatique est obtenue de la façon
suivante :
La souche telle gue fournit pâr l'autorité de dépot
internationale est transférée dans un milieu stérile con-
35 tenant de la cellulose, à pH 7. Après 7 ~ours de culture à25C, les cellules sont séparées du milieu de fermentation
par filtration. Le filtrat est lyophilisé de manière à ob-
tenir une poudre que l'on peut employer à raison de 0,01 à
2 ~ en poids du poids en sec de la pâte papetière à
2~&~2
traiter.
ExemPles com~aratifs 37 à 51 :
On opère comme dans les exemples précédents sauf qu'on
remplace les préparations enzymatiques selon l'invention
S par une préparation enzymatique commercialisée sous la ré-
férence Maxazyme ~ CL 2000 par la société ~apidase qui est
une préparation dérivée du microorganisme Trichoderma
viride et décrite dans la publication de brevet européen
déjà cité EP 0 262 040.
L'exemple témoin suivant sur le tableau n'utilise au-
cune préparation enzymatique.
Pour mieux mettre en évidence la réactivité des pré-
parations enzymatigues selon l'invention, on a représenté
sur les figures en annexe, les variations du degré SR en
15 fonction du pH pour les trois températures selon les exem-
ples 1 à 30 et 37 a 51. SR est la différence des degrés
Shopper des pates papetières mesurées avant et après le
traitement enzymatique.
Les graphigues montrent les ~onnes réactivité des en-
20 zymes utilisées selon l'invention pour des pH supérieurs à6 alors gue, pour les préparations enzymatiques utilisées
dans l'art antérieur, cette réactivité décro~t fortement
pour des valeurs de pH supérieurs à 6. On peut encore noter
l'efficacité inattendue des préparations enzymatigues selon
25 l'invention lorsgu'on effectue le traitement à 30C.
L'action des enzymes va se traduire sur la machine à
papier par une amélioration de l'égouttabilité et une aug-
mentation de la vitesse de la machine. ~lle permet une di-
lution plus importante de la composition papetière en
30 caisse de tête.
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2~g~2
TABL8AU
¦ Ex- ¦ tC¦ pH ¦ SR ¦ SR ¦ Ex- ¦ tC¦ p~ ¦ SR ¦ SR
5 1
1 1 1 50l 5 1 39~51 4~5 1 26 1 301 5 140~5 1 3~5
¦ 2 ¦ ~ ¦ 6 ¦ 34 ¦ 10 ¦ 27 ¦ n ¦ 6 139~5 ¦ 4~5
i 3 1 ~ I 7 1 34 1 10 1 28 1 ~1 1 7 138~5 1 5~5
¦ 4 ¦ ~ ¦ 8 ¦ 33 ¦ 11 ¦ 29 ¦ n ¦ 8 139~5 ¦ 4~5
10 1 5 1~ I g 1 36,51 7~5 1 30 1 ~ I 9 139,5 1 4,~
6 1401 5 1 40 1 4 1 31 1 40 1 5 142 1 2
7 1~ I 6 1 36 1 8 1 32 1 ~ I 7 î39 1 5
8 1~ I 7 1 35~51 8~5 1 33 1 ~ I 9 139 1 4
I 9 1~ I 8 1 35~51 8~5 1 34 1 40 1 5 140 1 4
15 ¦ 10 ¦¦ 9 ¦ 38 ¦ 6 ¦ 35 ¦ n ¦ 7 134 ¦ 10
¦ 11 ¦301 5 ¦ 42 ¦ 2 ¦ 36 I n I 9 134 1 8
12 ~ 6 1 39~51 4~5 IComp. l
13 1 ~ I 7 1 37~51 6~5 1 37 1 50l 5 132 1 12
114 ¦ ~ ¦ 8 ¦ 40 ¦ 4 ¦ 38 ¦ n ¦ 6 133 ¦ 11
20 115 1 ~ I 9 1 41 1 3 1 39 1 ~ I 7 138 1 6
¦16 ¦ 501 5 ¦ 40 ¦ 4 ¦ 40 ¦ n ¦ 8 143~5 ¦ 0~5
17 1 ~ I 6 1 36,51 7~5 1 41 1 ~ I 9 144 1 0
18 1 ~ I 7 1 35 1 9 1 42 1 401 5 137 1 7
19 ¦ ~ ¦ 8 ¦ 35 ¦ 9 ¦ 43 ¦ n ¦ 6 137 ¦ 7
~5 120 ¦ ~ ¦ 9 ¦ 38~51 5~5 ¦ 44 ¦ n ¦ 7 138 ¦ 6
¦21 ¦ 401 5 ¦ 41~51 2~5 ¦ 45 ¦ n ¦ 8 142,5 ¦ 1~5
22 1 ~ I 6 1 40 1 4 1 46 1 ~ I 9 144 1 0
23 1 ~ I 7 1 36 1 8 1 47 1 301 5 141,5 1 2~5
124 1 ~ I 8 1 37~51 6~5 1 48 1 ~ I 6 142 1 2
30 12S I ~I ~ 3 1 40,51 3~5 1 49 1 ~ I 7 143
50 1 ~ I 8 144 1 0
51 1 ~ I 9 144 1
I I ¦ ¦ Tem- ¦ ¦ 144 ¦ 0
I . 1 . I l I
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