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PRETFtAITEMENT ENZYMATIQUE DE BOIS DANS UN PROCEDE DE
FABRICATION DE PATE A PAPIER MECANIQUE
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication de pâte à
papier mécanique. Elle se rapporte également à une composition mise en oeuvre
lors de ce procédé et à l'utilisation de cette composition dans un procédé de
fabrication de pâte à papier mécanique. Elle se rapporte enfin à un procédé de
fabrication de papier.
ARRIERE-PLAN TECHNIQUE
Les pâtes à papier dites pâtes mécaniques ou pâtes à haut
rendement ou pâtes de bois sont obtenues directement à partir du bois par
une suite de traitements mécaniques, regroupés généralement sous l'appellation
raffinage mécanique, effectués au moyen de meules et/ou de raffineurs. La
pâte
à papier mécanique est ensuite soumise à une phase de blanchiment pouvant
comporter un ou plusieurs stades en fonction du degré de blancheur requis.
L'avantage d'un procédé de fabrication de pâte à papier mécanique est son
haut rendement de matière, comparé à un procédé de fabrication de pâte dite
chimique . En effet, à la différence des procédés de fabrication de pâte
chimique
dans lesquels la lignine présente dans le bois brut est éliminée en quasi
totalité par
une cuisson en présence de produits chimiques, environ 90% du bois brut sont
conservés dans les pâtes obtenues à l'issue d'un procédé de fabrication de
pâte à
papier mécanique.
Le raffinage mécanique d'un procédé de fabrication de pâte à papier
mécanique comporte typiquement plusieurs étapes de raffinage, telles qu'un
raffinage primaire appelé généralement défibrage , un raffinage secondaire,
un
raffinage tertiaire, un raffinage des refus de classage, etc. Ces étapes de
raffinages
procurent des pâtes présentant des degrés de raffinage différents, afin de
transformer progressivement le bois en fibres individualisées et permettre
ainsi la
fabrication de pâte à papier.
Le raffinage mécanique présente l'inconvénient d'être fortement
consommateur d'énergie, typiquement de 1500 à 3000 kWh par tonne de pâte à
papier mécanique produite. Cette énergie représente d'une part un coût
important
et d'autre part, elle est susceptible d'abîmer les fibres du bois. Aussi
différentes
voies ont-elles été envisagées pour réduire l'énergie à apporter.
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Ainsi, le document EP 1728917 propose d'effectuer un raffinage à basse
consistance, c'est-à-dire à faible teneur en matière sèche de pâte à papier.
Cependant, un tel traitement nécessite de disposer d'un nombre important
d'équipements et son efficacité reste limitée.
Le document WO 08081078 propose, quant à lui, un procédé de fabrication
de pâte à papier mécanique comprenant une étape de traitement à l'ozone lors
du
raffinage. Cependant, ce traitement présente l'inconvénient de créer des
groupements chromophores sur les molécules de polysaccharides contenues dans
le
bois, qui s'avèrent difficiles à oxyder lorsqu'un blanchiment conventionnel de
la pâte
est ensuite mis en oeuvre.
Par ailleurs, il s'est développé un intérêt particulier pour des traitements
enzymatiques du bois dans les procédés de fabrication de pâte à papier
mécanique,
du fait de leur faible impact environnemental.
On connaît ainsi le document US 6267841 qui décrit un procédé de
fabrication de pâte à papier mécanique comprenant une étape de traitement
enzymatique mise en oeuvre entre deux étapes de raffinage ou préalablement à
une
étape de raffinage. L'enzyme est choisie parmi les pectinases, les xylanases,
les
laccases, les cellulases, les manganèse-peroxidases et leurs mélanges.
Cependant,
ces traitements présentent l'inconvénient de dégrader les fibres du bois et/ou
nécessitent de mettre en oeuvre un raffinage à une température élevée, ce qui
limite l'économie d'énergie réalisable.
Les documents EP 429422 et WO 91/11552 décrivent également des
procédés de fabrication de pâte à papier mécanique comprenant une étape de pré-
traitement enzymatique d'une matière fibreuse visant à en faciliter un
raffinage
ultérieur. Dans le document EP 429422, le potentiel redox des enzymes décrites
est
ajusté au moyen de régulateurs tels que l'azote ou l'oxygène gazeux, des
antioxydants, des sucres, des acides organiques ou des sels inorganiques. Dans
le
document WO 91/11552, il est préconisé d'effectuer le pré-traitement
enzymatique
en deçà d'un certain potentiel redox. Cependant, l'ajustement du potentiel
redox
des enzymes est une opération délicate à mettre en oeuvre et se révèle
coûteuse.
Le document EP 0745 154 décrit un procédé de fabrication de pâte à papier
chimique mettant en oeuvre un système à plusieurs composants pour la
modification, la décomposition ou la décoloration de la lignine, comprenant
notamment une enzyme oxydoréductase, un médiateur, une amine libre et un agent
oxydant. Ce système est mis en oeuvre pour blanchir une pâte chimique
préalablement délignifiée à l'oxygène. Ce système présente les inconvénients
de
générer des effluents néfastes pour l'environnement et d'engendrer des coûts
de
production élevés.
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. .
. .
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L'optimisation de l'activité enzymatique des laccases a par ailleurs été
étudiée dans le document US 2008/0189871. Ce document propose un système
LMS (Laccase Mediator System) comprenant un médiateur dérivé du 2,6-
diméthoxyphénol. Ce système est mis en oeuvre pour blanchir un tissu. Il est
mentionné, d'une part, qu'il peut être utilisé lors de la fabrication de pâte
à papier
et, d'autre part, qu'il peut être utilisé lors du blanchiment d'une pâte à
papier.
Ainsi, les méthodes et les produits utilisés dans l'état de la technique ne
donnent pas entière satisfaction.
Il existe en particulier toujours un besoin de réduire la demande énergétique
des procédés de fabrication de pâte à papier mécanique et de garantir pour
autant
une pâte à papier mécanique aux qualités papetières équivalentes ou
améliorées,
par rapport à celles obtenues par les méthodes connues. Il existe également un
besoin pour une pâte à papier mécanique présentant un degré de blancheur
supérieur à l'issue du raffinage et/ou développant une meilleure aptitude au
blanchiment que celles obtenues par les procédés connus. Il existe enfin un
besoin
de réduire la quantité de produits chimiques à mettre en uvre pour blanchir
une
pâte à papier mécanique tout en garantissant un degré de blancheur équivalent
ou
amélioré, par rapport aux pâtes à papier mécaniques obtenues avec les méthodes
de l'état de la technique.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION
Aussi, la présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'une
pâte à papier mécanique permettant de remédier aux inconvénients ci-dessus.
De façon plus précise, l'invention concerne en premier lieu un procédé de
fabrication d'une pâte à papier mécanique comprenant au moins :
- une étape d'imprégnation d'un bois brut comprenant la mise en contact
du bois brut avec une composition d'imprégnation comprenant au moins
une enzyme laccase et un médiateur de formule (I) :
R1
\
N¨OH
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uv2
dans laquelle R1 et R2 sont des groupements identiques ou différents
étant un atome d'hydrogène ou une chaîne hydrocarbonée, linéaire ou
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, .
, .
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ramifiée, saturée ou insaturée, comprenant de 1 à 14 atomes de
carbone, chaque chaîne hydrocarbonée étant éventuelement substituée
par un ou plusieurs groupes fonctionnels étant -OH, -S03, benzyle,
amino, mercapto, céto ou carboxyle, ou R1 et R2 forment éventuellement
ensemble une structure cyclique, pour obtenir un bois imprégné ; et
- une étape de raffinage mécanique du bois imprégné, de sorte à obtenir
une pâte à papier mécanique.
Dans un mode de réalisation, R1 et R2 peuvent former ensemble une
structure cyclique comme dans les composés pipéridinyloxy.
Plus préférentiellement, le procédé de fabrication d'une pâte à papier
mécanique de l'invention comprend au moins :
- une étape d'imprégnation d'un bois brut comprenant la mise en contact
du bois brut avec une composition d'imprégnation comprenant au moins
une enzyme laccase et un médiateur de formule (I) :
R1
\
N-OH
R2/
dans laquelle R1 et R2 sont des groupements identiques ou différents
choisis parmi un atome d'hydrogène ou une chaîne alkyle en Cl à C8,
pour obtenir un bois imprégné ; et
- une étape de raffinage mécanique du bois imprégné, de sorte à obtenir
une pâte à papier mécanique.
Parmi les médiateurs de formule (I), on préfère encore ceux pour lesquels au
moins un de R1 et R2 est différent de H. On préfère encore davantage ceux pour
lesquels R1 = R2 et représentent chacun un radical alkyle en C1-C8, notamment
en
C1-C6 et de préférence encore en C1-C4. Un exemple particulièrement préféré
étant
la N,N-diéthylhydroxylamine.
L'invention se rapporte également à la composition d'imprégnation mise en
oeuvre dans ce procédé.
L'invention a aussi pour objet l'utilisation de ladite composition
d'imprégnation dans un procédé de fabrication de pâte à papier mécanique pour
abaisser la consommation énergétique dudit procédé.
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L'invention a encore pour objet l'utilisation de ladite composition
d'imprégnation dans un procédé de fabrication de pâte à papier mécanique pour
augmenter la blancheur de ladite pâte.
L'invention a aussi pour objet l'utilisation de ladite composition
d'imprégnation dans un procédé de fabrication de pâte à papier mécanique
comprenant une étape de raffinage mécanique, ladite composition d'imprégnation
étant utilisée avant l'étape de raffinage mécanique.
L'invention a enfin pour objet un procédé de fabrication de papier,
comprenant la fabrication d'une pâte à papier mécanique selon le procédé ci-
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dessus, ainsi que l'utilisation de cette pâte à papier mécanique pour produire
du
papier.
La présente invention permet de surmonter les inconvénients de l'état de la
technique. En particulier, elle fournit un procédé de fabrication de pâte à
papier
5 mécanique plus économique en énergie et qui garantit une pâte et un
papier aux
qualités papetières équivalentes ou améliorées par rapport aux procédés
connus.
Elle fournit également une pâte à papier mécanique présentant un degré de
blancheur supérieur à l'issue du raffinage et/ou développant une meilleure
aptitude
au blanchiment par rapport aux pâtes à papier mécaniques obtenues avec les
procédés connus. L'invention permet en outre de réduire la quantité de
produits
chimiques à mettre en oeuvre pour blanchir la pâte à papier mécanique, tout en
garantissant un degré de blancheur à l'issue du blanchiment au moins
équivalent
voire supérieur à celui des pâtes à papier mécaniques produites avec les
procédés
connus. Ceci est accompli grâce à une étape d'imprégnation de bois avec une
composition d'imprégnation particulière, préalablement à son raffinage.
En particulier, la composition selon l'invention oxyde les unités phénoliques
et non phénoliques de la lignine, ce qui entraîne une fragilisation des
liaisons entre
les fibres. La Demanderesse a en particulier mis au point une composition
d'imprégnation qui agit spécifiquement sur la paroi cellulaire des fibres,
permettant
de diminuer la cohésion entre les fibres tout en préservant celles-ci. Aussi,
lorsque
la composition de l'invention est utilisée sur un bois avant son raffinage,
elle permet
de diminuer l'énergie qu'il serait nécessaire de fournir pendant le raffinage
pour
séparer les fibres du bois si aucun prétraitement n'était effectué ou si une
méthode
de l'état de la technique était mise en oeuvre à sa place. En outre, la
longueur des
fibres issues du bois de départ et leur résistance sont préservées dans la
pâte à
papier mécanique fabriquée et dans le papier qui en est issu.
Enfin, à la différence des compositions proposées par l'état de la technique,
la composition d'imprégnation selon l'invention est peu onéreuse, disponible
en
large quantité et de moindre toxicité pour l'environnement.
DEFINITIONS
Par médiateur , selon l'invention, on entend un composé qui améliore la
capacité d'une enzyme à oxyder un bois.
Par bois , on entend l'ensemble des tissus résistants secondaires (de
soutien, de conduction, et de mise en réserve) qui forment les troncs,
branches et
racines des plantes ligneuses, au sens de la norme NF B 50-003.
Par bois brut on entend l'état d'un bois avant son traitement avec une
composition d'imprégnation selon l'invention et par bois imprégné on
entend
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l'état d'un bois après son traitement avec une composition d'imprégnation
selon
l'invention.
Sauf mention contraire, les pourcentages de matière mentionnés sont des
pourcentages en poids.
Sauf mention contraire, les pourcentages en poids de bois sont donnés en
poids de bois sec. Par bois sec on entend que le bois a été séché au four
conformément à la norme ISO 638:2008 à savoir à une température allant de 103
C
à 107 C, pendant une durée d'au moins 30 minutes et ne dépassant pas 16 heures
à pression atmosphérique.
La consistance de la pâte à papier mécanique désigne la concentration en
pâte telle que définie dans la Norme ISO 4119 de juin 1996. C'est le rapport
de la
masse sèche de matière pouvant être filtrée d'un échantillon de pâte en
suspension,
à la masse de l'échantillon non filtré, l'essai étant effectué conformément à
ladite
Norme internationale. La concentration en pâte y est exprimée en pourcentage
en
masse.
Sauf mention contraire, les pourcentages en poids de pâte à papier
mécanique sont donnés en poids de pâte à papier mécanique sèche. Par pâte à
papier mécanique sèche on entend la masse sèche de matière d'un échantillon
de
pâte en suspension telle que définie dans la Norme ISO 4119 susvisée, étant
mesurée après filtrage et séchage conformément à ladite Norme.
Sauf s'il en est disposé autrement, les mesures sont effectuées à pression
atmosphérique.
Lorsqu'il est fait référence à des intervalles, les expressions du type
allant
de.. .à incluent les bornes de l'intervalle. A l'inverse, les expressions du
type
compris entre.. .et... excluent les bornes de l'intervalle.
DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION
L'invention est maintenant décrite plus en détail et de façon non limitative
dans la description qui suit.
De façon schématique, le procédé de fabrication de pâte à papier mécanique
selon l'invention comprend au moins :
¨ une étape d'imprégnation d'un bois brut, comprenant la mise en contact
du bois brut avec une composition d'imprégnation selon l'invention, de
sorte à obtenir un bois imprégné,
¨ une étape de raffinage mécanique du bois imprégné, de sorte à obtenir
une pâte à papier mécanique.
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De façon plus détaillée, le procédé de fabrication de pâte à papier
mécanique selon l'invention comprend, de préférence dans l'ordre, les étapes
suivantes :
¨ éventuellement un étuvage à la vapeur d'eau d'un bois brut,
- éventuellement un pressage d'un bois brut,
¨ au moins une étape d'imprégnation d'un bois brut avec une composition
d'imprégnation selon l'invention, pour obtenir un bois imprégné,
¨ éventuellement un étuvage à la vapeur d'eau du bois imprégné,
¨ au moins une étape de raffinage mécanique du bois imprégné, pour
obtenir une pâte à papier mécanique,
¨ éventuellement une étape de chélation de la pâte à papier mécanique,
¨ éventuellement un blanchiment de la pâte à papier mécanique.
Etapes (optionnelles) de prétraitement du bois brut
On utilise comme matière première un bois brut.
Selon un mode de réalisation, le bois brut est choisi parmi les bois de
résineux, les bois de feuillus ou leurs mélanges. Comme bois de résineux
appropriés, on peut citer le Douglas, l'épicéa, le pin d'Alep, le pin
maritime, le pin
noir, le pin Sylvestre, le pin Taeda, le cèdre rouge (Thulya plicata) ou leurs
mélanges. Comme bois de feuillus appropriés, on peut citer le peuplier, le
tremble,
le bouleau, l'érable, le chêne, l'eucalyptus, l'acacia, le hêtre, le
châtaigner, le
charme, l'aulne ou leurs mélanges. De préférence, on utilise de l'épicea, du
peuplier,
de l'eucalyptus ou un mélange de ceux-ci.
Selon un mode de réalisation, pour fabriquer une pâte à papier
chimicothermomécanique (CTMP), le bois brut peut être choisi parmi les bois de
résineux tels que ceux précités, les bois de feuillus tels que ceux précités,
ou encore
le bambou, le chanvre, la paille de céréales, par exemple la paille de blé ou
la paille
de riz, le coton ou leurs mélanges.
Selon un mode de réalisation préféré, le bois brut se trouve sous la forme de
copeaux. Le terme copeaux est employé au sens conventionnel pour l'homme
de l'art. Il désigne des particules de bois pouvant être obtenues par tout
procédé
industriel classiquement utilisé dans le domaine de la pâte à papier
mécanique. La
taille des copeaux est typiquement distribuable selon la norme SCAN-CM 40:01.
Cette forme facilite notamment le traitement d'imprégnation ultérieur du bois
et en
améliore l'efficacité. Les copeaux peuvent typiquement être obtenus à partir
de
rondins de bois brut écorcés et coupés ou de sous-produits résiduaires de
l'industrie
du bois.
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Selon un mode de réalisation, le bois subit, avant ou après l'étape
d'imprégnation, de préférence avant l'étape d'imprégnation, au moins un
prétraitement choisi parmi un prétraitement thermique, un prétraitement
chimique,
un prétraitement mécanique ou une combinaison de ceux-ci. Comme prétraitement
thermique approprié, on peut citer un étuvage à la vapeur d'eau, un traitement
à
l'eau chaude ou une combinaison de ceux-ci. Comme prétraitement chimique
approprié, on peut citer un traitement d'imprégnation du bois avec au moins un
agent chimique choisi parmi un acide, une base, un oxydant, un réducteur, un
chélateur, un stabilisant, un surfactant, une enzyme ou leurs mélanges. Comme
prétraitement mécanique approprié, on peut citer un pressage.
Selon un mode de réalisation, le bois subit, avant ou après l'étape
d'imprégnation, de préférence avant l'étape d'imprégnation, un étuvage à la
vapeur
d'eau, ce qui permet d'homogénéiser la siccité du bois. L'étuvage comprend la
mise
en contact du bois avec de la vapeur d'eau. L'étuvage est de préférence mis en
oeuvre à pression atmosphérique. L'étuvage a de préférence une durée allant de
5 à
30 minutes, de préférence encore de 10 à 20 minutes.
Selon un mode de réalisation, le bois brut subit, avant ou après l'étape
d'imprégnation, de préférence avant l'étape d'imprégnation, un pressage. Le
pressage peut être réalisé à l'aide de tout moyen connu de l'homme du métier,
de
préférence à l'aide d'un dispositif de compression tel qu'une presse à vis ou
une
presse à cylindre.
Les modes de réalisations précités peuvent avantageusement être combinés
entre eux : selon un mode de réalisation préféré, le bois brut se trouve
initialement
sous la forme de copeaux et les copeaux subissent un étuvage à la vapeur d'eau
tel
que défini ci-dessus ; selon un autre mode de réalisation préféré, le bois
brut subit,
avant l'étape d'imprégnation, un étuvage à la vapeur d'eau suivi d'un pressage
tels
que définis ci-dessus.
Selon un mode de réalisation particulier, le bois ne subit pas de
prétraitement chimique avant l'étape d'imprégnation, notamment pas de lavage
acide ou de traitement de chélation.
Les divers prétraitements précités peuvent être mis en oeuvre avant ou après
l'étape d'imprégnation. Ils peuvent en outre être répétés si besoin est. Par
exemple,
on peut mettre en oeuvre un de ces prétraitements avant l'étape
d'imprégnation,
effectuer l'étape d'imprégnation puis réitérer ledit prétraitement après
l'étape
d'imprégnation.
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Etape d'imprégnation
Le procédé de fabrication selon l'invention comprend une étape
d'imprégnation d'un bois brut, comprenant la mise en contact du bois brut avec
une
composition d'imprégnation selon l'invention de sorte à obtenir un bois
imprégné.
Ladite composition d'imprégnation comprend au moins une enzyme laccase et un
médiateur de formule particulière. La composition d'imprégnation selon
l'invention
comprend ainsi un médiateur de formule (I) :
R1
\
N¨OH
/
R2
dans laquelle R1 et R2 sont des groupements identiques ou différents choisis
parmi un atome d'hydrogène ou une chaîne alkyle en Cl à C8.
De préférence, R1 et R2 sont des groupements identiques ou différents choisis
parmi un atome d'hydrogène ou une chaîne alkyle en Cl à C4. De préférence
encore, R1 et R2 sont des chaînes alkyle identiques ou différentes en Cl à C4.
De
préférence toujours, R1 et R2 sont des chaînes alkyle identiques de formule
C2H5 :
le médiateur préféré est ainsi la diéthyl hydroxylamine (DEHA).
Le médiateur peut être présent dans la composition d'imprégnation sous
forme pure, en solution dans l'eau ou sous la forme de l'un de ses sels.
La teneur en médiateur dans la composition d'imprégnation va de préférence
de 0,1% à 10% en poids, de préférence de 0,15% à 4,5% en poids, de préférence
de 0,19% à 4% en poids, de préférence de 0,19% à 3% en poids, voire de 0,23% à
2% en poids relativement au poids total de la composition d'imprégnation.
La teneur en médiateur, relativement à la masse de bois brut sec à traiter, va
de préférence de 0,1% à 10%, de 0,2% à 10%, de 0,2% à 5%, de préférence
encore de 0,2% à 0,5%, voire de 0,25% à 0,5%, en poids de bois sec.
L'enzyme laccase peut être choisie dans la classe EC 1.10.3.2 de la
nomenclature des enzymes. La myceliophthora laccase est particulièrement
préférée.
L'enzyme laccase peut être sous forme d'extrait brut, sous forme purifiée ou
semi-purifiée.
La teneur en solution de laccase à 1000 LAMU/mL, relativement à la masse de
bois brut sec à traiter, va de préférence de 0,1 à 10 L/t, de 1 à 5 L/t, de
préférence
encore de 1 à 2 L/t du bois brut sec.
La teneur en solution de laccase à 1000 LAMU/mL, dans la composition
d'imprégnation, va de préférence de 0,01% à 10 /o en poids, de 0,05% à 5% en
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poids, de 0,05% à 1% en poids, en particulier de 0,09% à 0,2 % en poids,
relativement au poids total de la composition d'imprégnation.
La composition d'imprégnation selon l'invention peut en outre comprendre un
ou plusieurs additifs usuels pour l'homme du métier, à condition que leur
présence
5 n'amoindrisse pas l'efficacité de la composition. De tels additifs
peuvent notamment
être choisis parmi : une enzyme autre que la laccase, un oxydant, un
réducteur, un
acide, une base, un agent chélateur, un stabilisant, un surfactant, leurs
combinaisons. Lorsque présent, la teneur en additif total dans la composition
d'imprégnation est de préférence inférieure à 3% en poids, en particulier
inférieure
10 à 2% en poids relativement au poids total de la composition. Selon un
mode de
réalisation, la composition d'imprégnation ne comprend pas d'additif.
Selon un mode de réalisation, la composition d'imprégnation est une solution
aqueuse. La teneur en eau de la composition correspond alors au complément à
100% en poids de la somme des teneurs en médiateur, en enzyme et en additifs
éventuels.
Selon un mode de réalisation, on utilise la composition d'imprégnation à
raison
de 0,1 à 12 L/kg du bois brut sec à imprégner, de préférence à raison de 1 à
10
L/kg du bois brut à imprégner. L'excès de composition d'imprégnation peut
avantageusement être recyclé pour effectuer une nouvelle étape d'imprégnation
sur
un autre bois brut ou sur le bois imprégné.
Selon un mode de réalisation, la mise en contact du bois brut avec la
composition d'imprégnation comprend (voire consiste en) une vaporisation de la
composition d'imprégnation sur le bois brut ou une immersion du bois brut dans
un
bain de composition d'imprégnation.
Selon un mode de réalisation particulier, le bois brut est immergé dans la
composition d'imprégnation pendant une durée suffisante pour permettre une
imprégnation du bois en composition d'imprégnation, puis le bois est retiré de
la
composition et laissé à incuber pendant une durée suffisante pour permettre à
l'enzyme d'agir sur le bois. En variante, le bois brut est immergé dans la
composition d'imprégnation et y est laissé à incuber pendant une durée
suffisante
pour permettre à l'enzyme d'agir sur le bois. L'incubation peut être mise en
oeuvre
dans tout dispositif adapté connu de l'homme du métier, par exemple dans un
cuvier de stockage.
Selon un mode de réalisation préférée, la mise en contact du bois brut avec la
composition d'imprégnation est mise en oeuvre par projection de copeaux de
bois
brut, compressés depuis une vis de compression directement dans un bain de
composition d'imprégnation. Ceci permet une absorption optimale des copeaux
(les
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copeaux aspirant la composition à la manière d'une éponge) et favorise
l'action de
la composition au coeur des fibres du bois.
La mise en contact du bois brut avec la composition d'imprégnation est de
préférence mise en oeuvre pendant une durée allant de 5 minutes à 240 minutes,
de 25 minutes à 180 minutes, de 45 minutes à 120 minutes, de préférence encore
de 55 min à 65 min. La composition d'imprégnation est de préférence mise en
oeuvre à une température allant de 35 à 80 C, de 40 à 70 C, plus
particulièrement
de 45 à 55 C. Elle est de préférence mise en oeuvre à un pH allant de 3 à 11,
de 4 à
7, de préférence encore de 4,5 à 5,5. De telles conditions sont avantageuses
pour
optimiser l'efficacité de la composition selon l'invention.
L'étape d'imprégnation peut être stoppée par un étuvage (mise en contact du
bois imprégné avec de la vapeur d'eau) ou un lavage à l'eau, afin de stopper
l'activité de l'enzyme. La durée de l'étuvage ou du lavage à l'eau va de
préférence
de 1 à 10 minutes, de préférence encore de 3 à 7 minutes. De manière préférée,
on
effectue un étuvage à la vapeur d'eau à pression atmosphérique.
De manière avantageuse, on peut répéter l'étape d'imprégnation plusieurs
fois, en particulier deux à quatre fois. Les différents modes de réalisation
précités
peuvent aussi être combinés entre eux. Enfin, il faut noter que la composition
d'imprégnation peut être préparée séparément puis mise en contact avec le bois
brut, comme expliqué ci-dessus, mais elle peut également être préparée
directement au contact du bois brut. Dans ce cas, les différents composés de
la
composition d'imprégnation sont ajoutés successivement et directement au bois
brut.
Etape optionnelle de post-traitement chimique
Outre l'imprégnation, le bois peut être soumis à un traitement
complémentaire, dit post-traitement. Ce post-traitement comprend la mise en
contact avec une composition chimique comprenant un agent alcalin et un agent
réducteur. Ce post-traitement est avantageux pour ramollir la lignine et
développer
les caractéristiques mécaniques des fibres. Il est en particulier avantageux
lorsque
l'on souhaite fabriquer une pâte à papier chimicothermomécanique (CTMP).
Cette étape est de préférence mise en oeuvre après l'étape d'imprégnation
pour éviter une potentielle inhibition des enzymes de la composition
d'imprégnation.
Elle peut être mise en oeuvre avant ou après l'étape de raffinage. Elle est de
préférence mise en oeuvre entre l'étape d'imprégnation et l'étape de
raffinage, ce
qui permet d'augmenter l'économie d'énergie du raffinage.
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Selon un mode de réalisation, la mise en contact du bois avec la composition
chimique comprend une vaporisation de ladite composition sur le bois ou une
immersion du bois dans un bain de ladite composition.
Selon un mode de réalisation, l'agent alcalin est choisi parmi l'hydroxyde de
sodium, l'hydroxyde de magnésium, l'hydroxyde de potassium, le carbonate de
sodium, le bicarbonate de sodium, le silicate de sodium, ou leurs mélanges. De
manière préférée, l'agent alcalin est choisi parmi le silicate de sodium,
l'hydroxyde
de sodium ou leur mélange.
Selon un mode de réalisation, l'agent réducteur est choisi parmi le sulfite de
sodium Na25203, le bisulfite de sodium NaHS03 ou leur mélange.
Selon un mode de réalisation, l'agent alcalin est présent en une teneur allant
de 0,1% à 20% en poids, de préférence de 1% à 10% en poids, relativement au
poids de bois.
Selon un mode de réalisation, l'agent réducteur est présent en une teneur
allant de 0,1% à 30% en poids, de préférence de 1% à 20% en poids,
relativement
au poids de bois.
L'étape de post-traitement chimique est de préférence mise en oeuvre à une
température allant de 10 C à 150 C, en particulier de 60 C à 120 C. Elle est
de
préférence mise en oeuvre pendant une durée allant de 1 minute à 120 minutes,
de
préférence de 1 à 60 minutes.
L'étape de post-traitement chimique peut être terminée par tout moyen
permettant de stopper la réaction des agents chimiques sur le bois, par
exemple par
un lavage à l'eau.
De manière avantageuse, l'étape de post-traitement chimique peut être
répétée plusieurs fois, en particulier deux fois à quatre fois, ce qui permet
de
renforcer encore les aptitudes papetières des fibres.
Etape de raffinage
Après l'étape d'imprégnation (et l'étape de post-traitement chimique
éventuelle), on procède à un raffinage mécanique du bois imprégné, de sorte à
obtenir une pâte à papier mécanique. Le raffinage mécanique comprend un
raffinage mécanique primaire (également appelé défibrage), destiné à mettre en
pâte le bois éventuellement, suivi d'au moins un raffinage mécanique
secondaire,
destiné à développer les aptitudes papetières des fibres. Le raffinage
secondaire est
éventuellement suivi d'un ou plusieurs raffinages mécaniques ultérieurs
(raffinage
tertiaire, raffinage des refus, etc.).
Le raffinage mécanique est préférentiellement effectué sous pression de façon
à permettre une séparation plus sélective des fibres.
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Le raffinage primaire peut être mis en oeuvre par broyage ou râpage du bois à
la meule (sous courant d'eau) ou dans un raffineur à disques.
Selon un mode de réalisation, le raffinage primaire du bois est mis en oeuvre
dans un raffineur à disques. La pression est de préférence ajustée de sorte à
atteindre une température de raffinage comprise entre 105 C et 115 C.
Avantageusement, la pression va de 0,5 à 5 bar, de préférence de 1 à 3 bar. La
vitesse de rotation des disques va de préférence de 1000 à 5000 tours/minute,
de
préférence de 1000 à 3000 tours/minute.
Selon un mode de réalisation, le raffinage secondaire du bois est mis en
oeuvre dans un raffineur à disques. Le raffinage secondaire est de préférence
mis en
oeuvre sous une pression allant de 0,1 à 5 bar, de préférence de 0,5 à 3 bar.
La
vitesse de rotation des disques va de préférence de 1000 à 5000 tours/minute,
de
préférence de 1000 à 3000 tours/minute.
Selon un mode de réalisation, le raffinage secondaire est mis en oeuvre de
sorte à disposer à son issue de pâtes de taux d'égouttage allant de 250 à 50
mL
CSF (Canadian Standard Freeness).
La ou les étapes de raffinage ultérieures au défibrage peuvent comprendre
plusieurs stades. Par exemple, après le défibrage, on peut séparer le produit
en une
fraction acceptée et une fraction rejetée, et raffiner la fraction rejetée
avant de la
mélanger avec la fraction acceptée. Il est possible de prévoir plusieurs fois
de telles
séparations intermédiaires.
A l'issue du raffinage, on obtient une pâte à papier mécanique qui peut être
notamment:
¨ une pâte à papier mécanique de défibreur (SGW) obtenue à partir de
rondins ou
de blocs raffinés à pression atmosphérique avec des défibreurs à meule ;
¨ une pâte à papier mécanique de défibreur sous pression (PGW) obtenue à
partir
de rondins ou de blocs raffinés sous pression avec des défibreurs à meule ;
¨ une pâte à papier mécanique de raffineur (RMP) obtenue à partir de
copeaux ou
de bûchettes dans des raffineurs travaillant à la pression atmosphérique ;
¨ une pâte à papier thermomécanique (TMP) ou thermomécanique haute
température (HTMP) obtenue à partir de copeaux ou de bûchettes dans des
raffineurs après traitement thermique du bois par étuvage à la vapeur d'eau à
pression élevée ;
¨ une pâte à papier chimicothermomécanique (CTMP) obtenue par traitement
chimique en présence d'une composition chimique comprenant un agent alcalin
et un agent réducteur à une température supérieure ou égale à 100 C et
raffinage sous pression.
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A l'issue du raffinage, on obtient une pâte à papier mécanique présentant de
préférence un degré de blancheur, mesuré conformément à la norme ISO 2470,
supérieur ou égal à 50%, de préférence supérieur ou égal à 55%, idéalement
supérieur ou égal à 57 %.
L'économie en énergie spécifique réalisée grâce à l'invention est
avantageusement supérieure ou égale à 10%, voire supérieur ou égal à 12%,
voire
supérieur ou égal à 14%, voire supérieur ou égal à 18% voire supérieur ou égal
à
32%, comparativement à un procédé de fabrication d'une pâte à papier mécanique
obtenue par raffinage d'un bois pré-imprégné dans les mêmes conditions mais
avec
de l'eau.
Etape optionnelle de chélation
La chélation, lorsque mise en oeuvre, intervient de préférence après l'étape
d'imprégnation (c'est-à-dire une fois que l'étape d'imprégnation est achevée),
avantageusement après le raffinage, afin d'éviter une éventuelle interaction
inhibitrice avec l'enzyme. La chélation comprend la mise en contact de la pâte
à
papier mécanique issue du raffinage avec une composition de chélation
comprenant
un agent chélatant, ladite composition de chélation étant de préférence une
solution
aqueuse.
L'agent chélatant peut être tout composé chimique conventionnellement
utilisé à cette fin dans le domaine. De préférence il s'agit de l'acide
éthylène diamine
tétra-acétique ou de l'un de ses sels de sodium, ou de l'acide diéthylène
triamine
penta-acétique ou de l'un de ses sels de sodium.
L'agent chélatant possède une affinité particulière pour les cations
métalliques
présents à l'état de traces dans la pâte à papier mécanique. L'objectif du
traitement
de chélation est de neutraliser ces cations en les séquestrant et de les
retirer de la
pâte à papier mécanique par lavage de celle-ci. La réalisation de l'étape de
chélation
contribue à améliorer la performance d'un traitement ultérieur de blanchiment
(notamment au peroxyde d'hydrogène).
La quantité d'agent chélatant utilisée lors de l'étape de chélation va de
préférence de 0,05% à 3% en poids, de préférence de 0,1% à 2% en poids, de
préférence de 0,2% à 1% en poids, en particulier de 0,3% à 0,5% en poids,
relativement au poids de pâte à papier mécanique sèche.
La durée de l'étape de chélation est de préférence supérieure ou égale à 30
minutes environ.
L'étape de chélation est effectuée à une température allant de préférence de
4 C à 95 C, de préférence de 25 C à 85 C, de préférence encore de 35 C à 80 C.
Une température d'environ 60 C est particulièrement appropriée.
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La consistance de la pâte à papier mécanique lors de l'étape de chélation va
de préférence de 0,5% à 20% en poids de pâte à papier mécanique sèche, de
préférence de 2 à 15% en poids de pâte à papier mécanique sèche, de préférence
encore de 3 à 12% en poids de pâte à papier mécanique sèche, relativement au
5 poids de pâte à papier mécanique non sèche.
Etape optionnelle de blanchiment
Le blanchiment intervient de préférence après la chélation (ou après le
raffinage si la chélation est absente), c'est-à-dire une fois que l'étape de
chélation
10 (ou l'étape de raffinage si la chélation est absente) est achevée.
Le blanchiment comprend la mise en contact de la pâte à papier mécanique
issue de l'étape de chélation (ou de raffinage si la chélation est absente)
avec une
composition de blanchiment.
La consistance lors de l'étape de blanchiment va de préférence de 1% à 50%
15 en poids de pâte à papier mécanique sèche, de préférence de 10 à 40% en
poids de
pâte à papier mécanique sèche, de préférence encore de 20 à 30% en poids de
pâte à papier mécanique sèche, relativement au poids de pâte à papier
mécanique
non sèche.
Le blanchiment présente une cinétique de réaction plus rapide à haute
consistance (alors que pour la chélation, la cinétique de réaction est rapide
même à
basse consistance). On peut augmenter la consistance de la pâte à papier
mécanique en la pressant par exemple, et en éliminant des filtrats comprenant
notamment les métaux chélatés.
La mise en contact s'effectue de préférence par simple mélange de la
composition de blanchiment avec la pâte à papier. Le type d'appareillage
utilisé pour
le mélange est adapté en fonction de la consistance de la pâte à papier :
mélange
direct au moyen d'une pompe d'injection si la consistance est basse ou moyenne
(moins de 10%) ; mélangeur ou mixer pour une consistance plus élevée (jusqu'à
40% environ).
La composition de blanchiment est de préférence une solution aqueuse. La
composition de blanchiment comprend de préférence un agent de blanchiment et
un agent alcalin.
L'agent de blanchiment peut être tout composé chimique
conventionnellement utilisé à cette fin dans le domaine. De préférence il
s'agit de
peroxyde d'hydrogène ou d'hydrosulfite de sodium.
La quantité d'agent de blanchiment utilisée va de préférence de 0,5% à 10%
en poids, de préférence de 1% à 8% en poids, de préférence de 1,5% à 6% en
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poids, en particulier de 2% à 4% en poids, relativement au poids de pâte à
papier
mécanique sèche.
L'agent alcalin peut être choisi parmi les oxydes, hydroxydes, silicates et
carbonates des métaux alcalins et métaux alcalino-terreux, l'ammoniac,
l'ammoniaque et les mélanges de ceux-ci. Parmi les espèces basiques préférées
pour le choix de l'agent alcalin, on peut citer l'hydroxyde de potassium,
l'hydroxyde
de sodium, l'hydroxyde de magnésium, l'hydroxyde de calcium, le carbonate de
sodium, le silicate de sodium, le carbonate de magnésium et leurs mélanges.
L'hydroxyde de sodium, l'hydroxyde de potassium ou leur mélange est
particulièrement préféré. De préférence, l'agent alcalin de la composition de
blanchiment comprend du silicate de sodium. Le silicate de sodium a une
fonction
auxiliaire de stabilisation de l'agent de blanchiment (notamment le peroxyde
d'hydrogène). Il est également possible de prévoir dans la composition de
blanchiment un autre agent stabilisant en plus ou à la place du silicate de
sodium.
Les composés de type polyhydroxyacrylate constituent des agents stabilisants
possibles.
La quantité d'agent alcalin utilisée va de préférence de 0,5% à 10% en poids,
de préférence de 1% à 6% en poids, de préférence de 1,4% à 4% en poids, en
particulier de 1,6% à 2,5% en poids, relativement au poids de pâte à papier
mécanique sèche.
La composition de blanchiment peut également comprendre un agent
chélatant tel que défini ci-dessus, notamment si l'étape de chélation est
absente ou
a abouti à une chélation incomplète.
Il faut noter que la composition de blanchiment peut être préparée
séparément puis mise en contact avec la pâte à papier mécanique, mais elle
peut
également être préparée directement au contact de la pâte à papier mécanique.
Dans ce deuxième cas, les différents composés de la composition de blanchiment
sont successivement directement ajoutés à la pâte à papier mécanique.
La durée de l'étape de blanchiment varie selon le type d'agent utilisé.
Dans le cas du peroxyde d'hydrogène, cette durée va de préférence de 10
minutes à 8 heures, de préférence de 30 minutes à 6 heures, de préférence
encore
de 2 heures à 4 heures.
L'étape de blanchiment est effectuée à une température allant de préférence
de 4 C à 95 C, de préférence de 25 C à 85 C, de préférence encore de 35 C à
80 C. Une température d'environ 70 C est particulièrement appropriée.
L'étape de blanchiment peut être répétée plusieurs fois, par exemple deux
fois.
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A l'issue du premier blanchiment, on obtient une pâte à papier mécanique
présentant de préférence un degré de blancheur, mesuré conformément à la norme
ISO 2470-2:2008, supérieur ou égal à 57%, de préférence encore supérieur ou
égal
à 60%, idéalement supérieur ou égal à 62% voire supérieur ou égal à 65%.
Fabrication de papier
L'invention se rapporte enfin à un procédé de fabrication de papier
comprenant la fabrication de pâte à papier mécanique selon le procédé
précédent
puis l'utilisation de cette pâte à papier mécanique pour produire du papier.
La pâte à papier mécanique peut notamment être séchée et façonnée en
feuilles dans une machine à papier conventionnelle dans le domaine.
La pâte à papier mécanique peut également être introduite dans une machine
presse-pâte pour être séchée et préformée sous forme de feuilles. Les feuilles
peuvent être mises en balles afin d'être transférées à une usine de
fabrication de
papier pour y subir éventuellement des traitements ultérieurs.
Avantageusement, la résistance à la déchirure du papier obtenu grâce à la
mise en oeuvre de la présente invention (mesurée selon la norme NF EN 21974
après mise en feuilles de la pâte à papier mécanique conformément à la norme
NF
EN 5269-1) est augmentée de 3%, voire de 9%, voire de 11%, relativement à une
pâte à papier mécanique obtenue par raffinage d'un bois pré-imprégné avec de
l'eau.
Paramètres de mesures
L'activité de l'enzyme laccase est exprimée en LAMU/mL. Une unité LAMU
correspond à la quantité d'enzyme laccase qui, sous des conditions données (pH
7,5
et température 30 C), dégrade 1 pmol de syringaldazine par minute. Cette
activité
est déterminable à partir de mesures d'absorbance par spectrophotométrie. En
effet, au cours de la réaction selon laquelle une laccase (E.C. 1.10.3.2), p-
diphénol:
dioxygène oxidoréductase, catalyse l'oxydation de syringaldazine (4,4'-
[azinobis(méthanylylidine)]bis(2,6-diméthoxyphénol)) en quinone correspondante
(4,4'-[azobis(méthanylylidine)]bis(2,6-diméthoxycyclohexa-2,5-dièn-1-one), il
se
produit un changement d'absorption par la syringaldazine à une longueur d'onde
de
530 nm.
Pour la mesure, on utilise :
¨ une solution tampon (pH 7,5) à 25mM de Tris/malate (préparée à partir de 25
mL d'une solution aqueuse à 1,0 M de Tris(hydroxyméthyl)aminométhane, 5mL
d'une solution aqueuse à 1,0 M d'acide maléique, et la quantité suffisante
d'eau
pour obtenir 1L de solution tampon),
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¨ une solution de syringaldazine à 0,28mM (préparée en diluant 25 mL de
solution
alcoolique de syringaldazine à 0,56mM dans la quantité suffisante d'eau pour
obtenir 50 mL de solution de syringalazine, la solution alcoolique de
syringaldazine à 0,56mM étant elle-même obtenue par dissolution de 10,0 mg de
syringaldazine (Sigma S-7896) dans la quantité suffisante d'éthanol à 96% pour
obtenir 50mL de solution alcoolique de syringaldazine),
¨ une solution aqueuse d'éthanol à 6% en poids,
¨ une solution de dilution pour l'enzyme (contenant 25,0g de PEG 6000, 5,0g
de
Triton X-100 et une quantité suffisante d'eau pour obtenir 0,5L de solution).
Les
échantillons de laccase à tester sont dilués d'un facteur F à l'aide de cette
solution pour approcher une activité de 0,18 LAMU/mL.
On procède aux mesures d'absorbance avec le spectrophotomètre à une
température de travail de 30 C : on prépare une cuve avec 1mL de solution
tampon, 25pL de laccase diluée, et on ajoute en dernier 75pL de solution de
syringaldazine à 0,28mM. On mélange brièvement et on démarre aussitôt
l'acquisition de la mesure d'absorbance d'un rayonnement de longueur d'onde
530nm.
L'activité est calculée selon la formule :
Activité (LAMU/mL) = AA530nm X 0,677 x F
avec AA530nm l'écart d'absorbance à 530nm mesuré sur la période 60-90 secondes
et
F le facteur de dilution de l'enzyme.
L'indice d'égouttage, de nom anglophone "Canadian Standard Freeness" (CSF)
est mesuré conformément à la norme internationale ISO 5267-2. Il traduit la
facilité
avec laquelle l'eau peut être extraite d'une pâte à papier mécanique. Plus
l'indice est
petit, plus la pâte à papier mécanique s'égoutte mal. Ce paramètre est un
indicateur
du degré de raffinage atteint lors d'un raffinage mécanique de la pâte.
La blancheur de la pâte à papier mécanique est déterminée par mesure de
son facteur de réflectance diffuse dans le bleu tel que défini dans la norme
ISO
2470-2 : 2008.
Pour un essai X, le gain de blancheur correspond à la différence entre la
blancheur mesurée à l'issue d'un blanchiment QP et la blancheur mesurée à
l'issue
du raffinage.
L'énergie spécifique totale de raffinage est obtenue en sommant les valeurs
des consommations électriques mesurées pour chacune des étapes préalables au
raffinage et jusqu'à son issue (par exemple compression de copeaux de bois,
défibrage et raffinage secondaire).
Pour un essai X, l'économie d'énergie réalisée correspond à la différence
entre
l'énergie spécifique de raffinage d'un essai de référence, réalisé dans les
mêmes
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conditions que l'essai X à la différence près qu'il met en oeuvre une
composition
d'imprégnation abiotique, et l'énergie spécifique de raffinage de l'essai X.
Afin d'évaluer la résistance des fibres dans la pâte à papier mécanique
fabriquée, cette dernière est mise en feuilles conformément à la norme NF EN
5269-
1 et la résistance à la déchirure des feuilles est mesurée selon la norme NF
EN
21974.
EXEMPLES
Les exemples suivants illustrent l'invention sans la limiter.
Les matières premières utilisées sont les suivantes :
¨ copeaux frais d'épicéa de Norvège fournis par la société HOLMEN,
¨ copeaux issus de rondins frais de peuplier fournis par une exploitation
forestière
de la région lyonnaise,
¨ copeaux frais d'eucalyptus d'Espagne fournis par la société ENCE,
¨ laccases de Myceliophthora commercialisée par la société NOVOZYMES sous la
référence NS51003, présentant une activité de 1000 LAMU/mL mesurée
conformément au protocole indiqué précedemment,
¨ diéthylhydroxylamine (DEHA) commercialisée par la société ARKEMA,
¨ 4-Hydroxy-3,5-diméthoxybenzaldehyde (Syringaldéhyde),
¨ acide diéthylène triamine penta acétique (DTPA),
¨ peroxyde d'hydrogène,
¨ silicate de sodium,
¨ hydroxyde de sodium,
¨ sulfate de magnésium.
Tableau 1: Composition d'imprégnation
On prépare pour chaque essai une composition d'imprégnation
conformément au tableau 1 (les pourcentages sont donnés en poids relativement
au
poids total de la composition). Pour cela, on chauffe l'eau à 50 C, on ajuste
le pH à
5 par ajout d'acide sulfurique, on ajoute la solution commerciale de laccase
et en
dernier la DEHA (ou la syringaldehyde selon le cas). Les compositions
d'imprégnation des essais 1, 6 et 9 sont des compositions de référence,
abiotiques.
Les compositions des essais 2, 4 et 5 sont des comparatifs. Les compositions
conformes à l'invention sont celles des essais 3, 7, 8, 10 et 11.
La capacité d'absorption effective des copeaux secs est de 1,04 L de
composition d'imprégnation par kilogramme de copeaux de bois secs. Pour chaque
essai, on utilise la composition en excès, à raison de 70L pour 10 kg de
copeaux de
bois sec.
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Solution de Eau
Laccase DEHA Syringaldehyde à pH 5
à 1000
LAMU/mL
Essai 1 100%
(ref)
Essai 2 0,192% 1,92% complément à
(comp) 100%
TMP Essai 3 0,192% 1,92% complément à
(iv) 100%
Essai 4 0,192% complément à
(com p) 100%
Essai 5 1,92% complément à
(com p) 100%
Essai 6 100%
(ref)
TMP Essai 7 0,096% 0,48% complément à
(iv) 100%
Essai 8 0,096% 0,24% complément à
(m v) 100%
Essai 9 100%
(ref)
CTM Essai 10 0,096% 1,92% complément à
P (m v) 100%
Essai 11 0,096% 0,192% complément à
(m v) 100%
Essais 1 à 5 : mise en pâte thermomécanique (TMP) et blanchiment
Des copeaux de bois d'épicéa sont soumis à un étuvage à la vapeur d'eau à
pression atmosphérique pendant 15 minutes, puis introduits dans une vis de
5 compression (modèle Modular Screw Device ImpressafinerTM 6 pouces de
ANDRITZ
AG), raccordée à un cuvier renfermant la composition d'imprégnation. En sortie
de
vis, les copeaux compressés sont directement expulsés dans la composition
d'imprégnation, où ils sont laissés à incuber pendant 1 heure. La composition
d'imprégnation est extraite, puis les copeaux sont soumis à un étuvage à la
vapeur
10 d'eau pendant 5 minutes pour stopper l'activité enzymatique.
Les copeaux ainsi pré-traités sont transférés dans un pilote de mise en pâte
à papier mécanique (raffineur à disques) pour y être mécaniquement défibrés
puis
raffinés. Le défibrage (raffinage primaire) est mis en oeuvre à une pression
de 2 bar
et rotation de disques à 3000 tours/min. Le raffinage secondaire est mis en
oeuvre à
15 une pression de 1 bar. L'écart entre les disques est ajusté
progressivement de sorte
à obtenir cinq pâtes à papier mécanique d'indices d'égouttage allant de 250 mL
à 50
mL CSF. On mesure la blancheur des cinq pâtes à papier mécanique selon la
norme
ISO 2470-2 :2008.
Après raffinage, chaque pâte à papier mécanique TMP obtenue est blanchie
20 selon un procédé en deux étapes comprenant une étape de chélation (Q)
puis un
blanchiment au peroxyde d'hydrogène (P). Lors de l'étape Q, la consistance de
la
pâte à papier mécanique est ajustée à 10% en poids. L'étape Q comprend la mise
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en contact, à une température de 60 C pendant 30 minutes, de cette pâte à
papier
mécanique avec 0,4% en poids d'acide diéthylène triamine penta acétique (DTPA)
relativement au poids total de pâte à papier mécanique sèche. Lors de l'étape
P, la
consistance de la pâte à papier mécanique obtenue à l'issue de l'étape Q est
ajustée
à 25% en poids. L'étape P comprend la mise en contact, à une température de 70
C
pendant 120 minutes, de cette pâte à papier mécanique avec une composition de
blanchiment comprenant 3% de peroxyde d'hydrogène, 1,9% d'hydroxyde de
sodium et 2% de silicate de sodium en pourcentages en poids relativement au
poids total de pâte à papier mécanique sèche. On mesure la blancheur des cinq
pâtes à papier mécanique selon la norme ISO 2470-2 :2008.
Les pâtes à papier mécanique sont ensuite mises en feuilles conformément à
la norme NF EN 5269-1. On mesure la résistance à la déchirure des feuilles
selon la
norme NF EN 21974.
On calcule la consommation d'énergie spécifique comme décrit plus haut, à
savoir en sommant la consommation énergétique de chaque étape du procédé de
fabrication de pâte à papier mécanique jusqu'à l'issue du raffinage : 1er
étuvage,
compression/expulsion, 2nd étuvage, défibrage et raffinages ultérieurs.
Les résultats sont reportés dans le tableau 2 ci-dessous après interpolation
des valeurs à 100 mL CSF.
25 Tableau 2
TMP
Essai 1 Essai 2 Essai 3 Essai 4
Essai 5
(ref) (comp) (iv) (comp) (comp)
Energie spécifique 2480 2350 2170 2380 2360
(ma) consommée (kWh/t)
'2 2 Economie d'énergie/ref ref 5,2% 12,5% 4,0% 4,8%
2 Blancheur (%) 54.2 52.1 54 53.9 54.3
(BR)
a) Blancheur après QP (%)
E 68.5 65.7 70.8 67.6 68
112 (BQP)
a g Gain de blancheur
26,4% 26,1% 31,1% 25,4% 25,2%
cn
É Résistance à la déchirure
in a) 6.2 6 6.4 5.8 4.8
112 (mNm2/g)
Concernant la consommation en énergie spécifique de raffinage, l'essai 3 selon
l'invention montre que :
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¨ l'invention permet une réduction significative de la consommation en
énergie
spécifique de raffinage;
¨ la combinaison de laccase et de DEHA permet une réduction de la
consommation en énergie spécifique de raffinage plus importante que les
composés pris séparément (essais 4 et 5);
¨ en combinaison avec la laccase, la DEHA permet une réduction de la
consommation en énergie spécifique de raffinage plus importante que le
syringaldéhyde (essai 2).
Concernant la blancheur de la pâte à papier mécanique, l'essai 3 selon
l'invention
montre que :
¨ l'invention permet d'augmenter significativement le degré de blancheur de
la
pâte à papier mécanique fabriquée (essai 1) ;
¨ la combinaison de laccase et DEHA permet d'augmenter le degré de
blancheur
de la pâte à papier contrairement aux composés pris séparément (essais 4 et 5
versus essai 1);
¨ en combinaison avec la laccase, la DEHA augmente davantage le degré de
blancheur de la pâte à papier que la syringaldéhyde (essai 2).
Concernant la résistance à la déchirure du papier, l'essai 3 montre que
l'invention
préserve les qualités papetières des fibres.
Essais 6 à 8 : influence de la teneur en composés dans la composition
d'imprégnation
Ces essais complémentaires sont réalisés afin de déterminer l'influence de la
quantité en réactifs utilisés dans la composition d'imprégnation selon
l'invention. La
composition d'imprégnation utilisée pour chaque essai est donnée dans le
tableau 1.
La composition d'imprégnation de l'essai 6 correspond à une composition
abiotique
de référence. Les compositions des essais 7 et 8 sont conformes à l'invention.
On
procède de manière identique aux essais 1 à 4. Les résultats sont reportés
dans le
tableau 3 ci-dessous.
Tableau 3
TMP
Essai 6 Essai 7 Essai 8
(ref) (iv) (iv)
Energie spécifique 2451 2006 2595
g consommée (kWh/t)
n
.2_ g Economie d'énergie/ref ref 18,2% -5,9%
1,2 Blancheur (%) 54.2 55 57.2
(BR)
CA 02844380 2014-02-05
WO 2013/045782 PCT/FR2012/051998
23
(1) Blancheur après QP (%)
E 70 73 73.5
112 E (13013)
u c
< g Gain de blancheur
aT329,2 /o 32,7/o 28,5 /o
(13Qp - BR)/ BR
Résistance à la déchirure
5 6,44 7,05 7,20
, e (mNm2/g)
a 0
L'essai 7 (comparativement à l'essai 6) montre que, même lorsque les
quantités en laccase et en DEHA sont diminuées, la composition d'imprégnation
selon l'invention permet de réduire la consommation énergétique spécifique de
raffinage, d'augmenter le degré de blancheur de la pâte à papier mécanique
fabriquée et de préserver la résistance du papier qui en est issu.
L'essai 8 (comparativement aux essais 6 et 7) montre qu'en dessous d'une
certaine teneur en médiateur, la composition d'imprégnation ne permet plus de
réduire la consommation énergétique spécifique de raffinage mais permet tout
de
même d'augmenter le degré de blancheur de la pâte à papier mécanique fabriquée
et de préserver la résistance du papier qui en est issu.
Essais 9 à 11: mise en pâte chimico-thermomécanique (CTMP) et blanchiment
On procède à la mise en pâte de copeaux de bois de peuplier selon des étapes
d'étuvage, de compression et d'imprégnation identiques à celles des essais 1 à
4. La
composition d'imprégnation utilisée pour chacun des essais est indiquée dans
le
tableau 1. En particulier, la composition d'imprégnation de l'essai 9
correspond à
une composition abiotique qui sert de référence. Les compositions des essais
10 et
11 sont conformes à l'invention.
Un second traitement des copeaux est mis en oeuvre par ajout dans le cuvier
de 2% en poids de sulfite de sodium et 1% en poids d'hydroxyde de sodium, par
rapport au poids total de copeaux secs. La température du milieu est portée à
125 C et les copeaux sont laissés à imprégner pendant 15 minutes.
Les copeaux imprégnés sont soumis à un défibrage à une pression de 2 bar et
rotation de disques à 3000 tours par minute, puis à un second raffinage
mécanique
à pression atmosphérique. L'écart entre les disques est ajusté progressivement
de
sorte à obtenir cinq pâtes à papier mécanique d'indices d'égouttage allant de
400 à
100 mL CSF. La blancheur des cinq pâtes à papier mécanique est déterminée
selon
la norme ISO 2470-2 :2008.
Après le raffinage, chaque pâte à papier mécanique CTMP obtenue est
soumise à un blanchiment comprenant trois étapes : une étape de chélation (Q),
suivie de 2 traitements successifs au peroxyde d'hydrogène (PP).
CA 02844380 2014-02-05
WO 2013/045782 PCT/FR2012/051998
24
Lors de l'étape Q, la consistance de la pâte à papier mécanique est ajustée à
10% en poids. L'étape Q comprend la mise en contact, à une température de 60 C
pendant 30 minutes, de cette pâte à papier mécanique avec 0,4% en poids
d'acide
diéthylène triamine penta acétique (DTPA) relativement au poids total de pâte
à
papier mécanique sèche.
Lors de la première étape P (P1), la consistance de la pâte à papier
mécanique obtenue à l'issue de l'étape Q est ajustée à 14% en poids. L'étape
P1
comprend la mise en contact, à une température de 70 C pendant 120 minutes, de
cette pâte à papier mécanique avec une composition de blanchiment comprenant
2,2% de peroxyde d'hydrogène, 1,5% d'hydroxyde de sodium, 1% de silicate de
sodium, 0,075% de sulfate de magnésium, en pourcentages en poids relativement
au poids total de pâte à papier mécanique sèche. La blancheur des cinq pâtes à
papier mécanique est déterminée selon la norme ISO 2470-2 :2008.
Lors de la seconde étape P (P2), la consistance de la pâte à papier mécanique
obtenue à l'issue de l'étape P1 est ajustée à 20% en poids. L'étape P2
comprend la
mise en contact, à une température de 70 C pendant 120 minutes, de cette pâte
à
papier mécanique avec une composition de blanchiment comprenant 3.4% de
peroxyde d'hydrogène, 1,7% d'hydroxyde de sodium, 1.6% de silicate de sodium,
0.075% de sulfate de magnésium, en pourcentages en poids relativement au poids
total de pâte à papier mécanique sèche. La blancheur des cinq pâtes à papier
mécanique est déterminée selon la norme ISO 2470-2 :2008.
La consommation d'énergie spécifique du procédé est calculée pour chaque
pâte à papier mécanique comme décrit plus haut.
Les résultats sont reportés dans le tableau 4 ci-dessous après interpolation
des valeurs à 300 mL CSF.
Tableau 4
CTMP
Essai 9 Essai 10 Essai 11
(ref) (iv) (iv)
Energie spécifique 1060 720 910
cn g consommée (kWh/t)
2 2
Economie d'énergie/ref ref 32,1% 14,2%
eÉ Blancheur (%) (BR) 37.2 41.6 43.2
Blancheur après QP 46.2 52 56.2
É (%) (13Qp)
=() Blancheur après QPP
(%) (BapP) 58.7 62 65.1
Gain de blancheur
ij 24,2 /0 25,0% 30,1%
(13Qp - BR)/ BR
< Gain de blancheur
57,8% 49,0% 50,7%
(BQpp BR)/ BR
CA 02844380 2014-02-05
WO 2013/045782 PCT/FR2012/051998
Concernant la consommation en énergie spécifique :
¨ les essais 10 et 11 (comparativement à l'essai 9), tout particulièrement
l'essai
10, montrent que l'utilisation d'une composition d'imprégnation selon
l'invention
5 lors du raffinage permet une réduction significative de la
consommation
énergétique spécifique de raffinage du procédé CTMP ;
Concernant la blancheur de la pâte à papier mécanique:
¨ les essais 10 et 11 (comparativement à l'essai 9) montrent que
l'utilisation d'une
composition d'imprégnation selon l'invention lors du raffinage permet
l'obtention
10 d'une pâte à papier mécanique CTMP plus blanche tant à l'issue du
raffinage
qu'à l'issue d'un blanchiment ultérieur de celle-ci ;
¨ l'invention augmente le degré de blancheur de la pâte à papier mécanique
obtenue à l'issue du premier blanchiment mis en oeuvre après raffinage.
