Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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PROCEDE DE PREPARATION DE PATES A HAUT RENDEMENT
BLANCHIES
La présente invention concerne un procédé de fabrication de
pâtes à haut rendement blanchies.
Les pâtes à haut rendement sont fabriquées en soumettant la
matière lignocellulosique de départ, comme le bois sous forme de
copeaux, à une action de type mécanique, combinée ou non à des
actions de type chimique et thermique.
Les pâtes à haut , rendement sont d'un intérêt certain pour
l'industrie car elles réalisent un compromis valable entre les pâtes
mécaniques et les pâtes chimiques proprement dites.
io Par haut rendement on entend un rendement, poids de pâte à
l'état sec rapporté au poids de matière initiale à l'état sec, généralement
égal au moins à 85 % et souvent même à 90 %.
Le blanchiment des pâtes à haut rendement, que nécessite la
qualité demandée en ce domaine au papier et produits similaires, est
réalisé à l'aide de peroxyde d'hydrogène en milieu alcalin. Un tel
blanchiment pose encore problème sur le plan technique comme sur le
plan économique.
En effet, pour réduire la perte d'efficacité du peroxyde
d'hydrogène due à son instabilité en milieu alcalin, du silicate de sodium
2o est mis en jeu en quantité telle qu'elle est la cause d'inconvénients
multiples et sérieux au cours de l'élaboration de la pâte et de celle du
papier) comme par exemple la formation de dépôts solides sur les
équipements et sur la fibre lignocellulosique, ou la production d'un
papier de toucher rèche. On se reportera à ce propos par exemple à
C.W. KUTNEY, Pulp 8~ Paper Canada, 86:12, (1985), 182-189.
Par ailleurs la quantité de silicate de sodium ne peut pas être
réduite sans qu'en conséquence le résultat du blanchiment n'en soit
affecté de manière inacceptable.
Pour que ce résultat reste suffisamment élevé on peut encore
3o soumettre la matière à blanchir par exemple à deux étapes de
blanchiment par H202 au lieu d'une ~ G~ .$ substituer au silicate
un agent d'efficacité analogue, comme l'acide diéthlènetriaminepenta
méthylènephosphonique (DTMPA) dont l'équivalence avec le silicate de
sodium ne se vérifierait qu'en des cas particuliers selon Robert W.
2
ALLISON, Appita, Vo1.36) N°5, Mars 1983, 362-370. De telles
solutions
ne sont en tous cas pas satisfaisantes sur le plan économique.
Le procédé de la présente invention permet de ne conserver
qu'une étape de blanchiment à l'aide du peroxyde d'hydrogène en milieu
alcalin, de supprimer les inconvénients dus au silicate de sodium, de ne
pas grever l'économie de l'opération, tout en assurant à la pâte blanchie
un degré de blanc et des qualités mécaniques élevées.
La présente invention consiste en un procédé de fabrication de
pâtes à haut rendement blanchies à l'aide de peroxyde d'hydrogène en
io milieu alcalin qui consiste à soumettre la pâte à blanchir
successivement
. à un prétraitement à l'aide d'un agent sequestrant des ions métalliques
suivi d'un lavage,
. à un traitement par le sulfite et un agent réducteur plus électronégatif
que l'ion sulfite qui agissent conjointement et en milieu de pH initial
compris entre 7 et 12,5, suivi d'un lavage pour éliminer les ions sulfite et
l'agent réducteur ,
. à un traitement de blanchiment à l'aide de peroxyde d'hydrogène en
milieu alcalin en présence d'une quantité de silicate comprise entre 0
2o et 1 %.
Dans la définition du procédé de l'invention donnée ci-dessus,
comme dans tout ce qui suit, la quantité d'un composé est, sauf
précision ou évidence, exprimée en % en poids par rapport au poids de
pâte à l'état sec.
Dans la définition du procédé de l'invention donnée ci-dessus
comme dans tout ce qui suit) on entend
- par pfites : les pâtes telles que définies en début de ce
texte et aussi la matière lignocellulosique sous forme de copeaux de
bois. Une machine de type imprégnateur mécanique) comme celle
3o décrite par exemple dans le brevet français n°2319737) le certificat
d'addition français à ce brevet, n°2436844, les brevets français
n°2418295 et 2451963, ou comme celle de type Impressafiner~ décrite
par exemple dans l'ouvrage Pulp & Paper Manufacture Sème Edition,
vol.2, Mechanical pulping, pages 98, 99, peut étre utilisée pour réaliser
en totalité ou en partie le procédé de l'invention à partir de toute pâte tel
qu'il est entendu ici. Autrement le procédé de l'invention peut étre
réalisé dans tout équipement combinant des appareils connus dans
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l'industrie papetière pour convenir aux opérations de prétraitement, de
lavage, de traitement de blanchiment, tels qu'entre autres malaxeurs,
filtres, presses) tours de blanchiment.
- par prétraitement de la pâte au moyen d'un agent
sequestrant des ions métalliques : l'opération qui consiste à soumettre
ladite pâte à l'action d'un composé comme par exemple le
tripolyphosphate de sodium, le tétrapyrophosphate de sodium, les sels
de sodium des acides acétique, nitrilotriacétique, éthylènediaminetétra
acétique, diéthylènetriaminepentaacétique (DTPA).
io L'agent sequestrant est mis en oeuvre à raison d'environ 0,1 % à
1% préférentiellement.
Le prétraitement par l'agent sequestrant est le plus souvent réalisé
à une température comprise entre environ 20°C et 100°C, de
préférence
entre 50°C et 95°C pour ne pas avoir à travailler sous pression.
La
consistance, teneur de la pâte en matière lignocellulosique à l'état sec,
peut être ici choisie entre d'assez larges limites, par exemple entre
environ 5 % et 50 %.
- par lavage : l'opération permettant d'éliminer de la pâte,
de façon plus ou moins complète, la phase liquide présente en elle) par
2o exemple en concentrant la pâte par pressage sur filtre, ou grâce à une
séquence répétée ou non, de dilution de la pâte le plus souvent par de
l'eau puis de concentration de la pâte par exemple par pressage sur
filtre ; l'efficacité du lavage est traduite par le degré d'élimination,
exprimé en %, de la phase liquide présente avant lavage.
Le lavage qui suit le prétraitement par un agent sequestrant,
comme le lavage pour éliminer les ions sulfite et l'agent réducteur, sont
le plus souvent réalisés gréce à la séquence dilution-concentration, à
une température généralement comprise entre environ 20°C et
90°C,
souvent entre 20°C et 60°C pour des raisons économiques.
L'efficacité
3o de tels lavages est de préférence supérieure à 90 %.
- par sulfite : le sulfite de sodium) Na2S03, ou le bisulfite
de sodium, NaHS03, ou plus généralement un mélange de dioxyde de
soufre S02 et d'hydroxyde de sodium ; la quantité de sulfite engagée est
celle habituellement mise en oeuvre dans les procédés qui n'incorporent
pas l'invention mais qui sont connus pour convenir à l'élaboration de
pâte chimicothermomécaniques (pâtes CTMP)) cette quantité, exprimée
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en S02, est comprise en conséquence le plus souvent entre environ
0,5%et6%.
- par agent réducteur plus électronégatif que l'ion sulfite
S03H : un composé, désigné dans tout ce qui suit par agent réducteur,
choisi le plus souvent parmi le dioxyde de thiourée ou acide
formamidinesulfinique, le borohydrure de sodium, l'hydrosulfite de
sodium ou dithionite de sodium.
La quantité d'agent réducteur mis en oeuvre peut varier selon la
nature de celui-ci. Elle est en général comprise entre 0,1 et 5 % dans le
io cas du dioxyde de thiourée ou de dithionite. Le borohydrure de sodium
est employé à raison d'environ 0,01 % à 0,5 %. Ce réducteur est
commodément utilisé sous forme d'une solution aqueuse comme par
exemple la solution renfermant 12 % en poids de borohydrure de
sodium commercialisée. sous ia marque BOROL ~ par la Société
VENTRON Corporation.
L'action conjointe du sulfite et de l'agent réducteur sur la péte, le
sulfite et l'agent réducteur étant présents ensemble au contact de la
pâte, s'exerce à une température comprise entre environ 20°C et
200°C.
Elle est de préférence choisie comprise entre 60°C et
140°C. Lorsque la
2o température est égale ou supérieure à 100°C, l'action conjointe du
sulfite
et de l'agent réducteur s'exerce sous pression. de vapeur d'eau saturée.
Un agent sequestrant, de nature et en quantité comme dans le
prétraitement) peut étre parfois avantageusement présent avec le sulfite
et l'agent réducteur.
La consistance au cours de l'action conjointe du sulfite et de
l'agent réducteur est comprise normalement entre environ 5 % et 50
selon le mode de réalisation de l'opération, et généralement entre 10
et 30 %. La durée de l'opération dépend des autres paramètres
d'exécution, y compris le type d'équipement utilisé. Elle n'excède
3o normalement pas 1 heure et est généralement comprise entre quelques
dizaines de secondes et 30 minutes. Une très courte durée correspond à
la réalisation de l'opération dans une machine de traitement de copeaux
de bois à laquelle il a été fait référence plus haut.
- par traitement de blanchiment à l'aide de peroxyde
d'hydrogène en milieu alcalin : l'opération réalisée en engageant une
quantité de peroxyde d'hydrogëne comprise entre environ 0,5 % et 10 %,
de préférence entre 2 % et 6 %) en présence d'environ 0% à 1 % et de
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préférence moins de 1 % de silicate, à pH compris entre environ 9 et 11,
à une température comprise entre 40°C et 100°C durant environ
0,5
heure à 6 heures, avec une consistance comprise entre 10 % et 30 %. La
solution de blanchiment peut contenir des additifs comme
5 essentiellement un ou plusieurs agents sequestrants tels que par
exemple les acides diéthylènetriaminepentaacétique et
éthylènediaminetétraacétique sous forme de sels de sodium en quantité
généralement comprise entre environ 0,1 % et 1 %.
La quantité d'hydroxyde de sodium présente avec le peroxyde
io d'hydrogène dans le traitement de blanchiment est généralement
comprise entre 1 % et 6 % et le plus souvent entre 2 % et 3 %. La
quantité optimale dépend essentiellement de la nature du bois.
- par silicate : une solution aqueuse de silicate de sodium
de densité égale à 1,33.
Les exemples suivants, donnés à titre indicatif mais non limitatif
illustent l'invention. Des exemples sont donnés à titre de comparaison
du procédé de l'invention avec des procédés connus.
Dans tous les exemples
- la pâte de haut rendement blanchie à l'aide de peroxyde
2o d'hydrogène a été obtenue en soumettant au procédé de l'invention ou à
un procédé connu, une même pâte mécanique de meule. Cette pâte
d'origine contient en mélange du bois de résineux et du bois de feuillus
dans la proportion 75/25 et son degré de blanc, mesuré par
réfractométrie à 457 nm selon la norme ISO, est égal à 60,6° ISO.
- les quantités de matière sont exprimées, comme
auparavant, sauf précision ou évidence) en % en poids par rapport au
poids de pâte à l'état sec,
- le DTPA est utilisé sous forme de sel de sodium en
solution aqueuse à 40 % en poids et la quantité indiquée est celle de
3o cette solution,
- le borohydrure de sodium est appliqué sous forme de
BOROL~et la quantité indiqués est celle de cette présentation)
- le silicate de sodium est engagé comme il a été dit sous
forme d'une solution aqueuse de silicate de sodium de densité 1,33 et la
quantité indiquée est celle de cette solution,
- le magnésium est mis en oeuvre sous forme de sulfate de
magnésium, et sa quantité est exprimée en Mg,
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- le peroxyde d'hydrogène est compté en 100 %, comme
d'ailleurs auparavant,
- l'efficacité des lavages après le prétraitement par un agent
sequestrant et après l'action du sulfite avec l'agent réducteur, est
supérieure à 90 %,
- la quantité d'hydroxyde de sodium présente dans le
traitement de blanchiment par H202 en milieu alcalin est celle qui,
compte-tenu des autres paramètres, conduit au degré de blanc le plus
élevé,
io - le degré de blanc est mesuré sur la pâte blanchie amenée
à pH 6 à l'aide de S02, par réfractométrie à 457 nm selon la norme ISO
et il est exprimé en degré ISO (°ISO).
Exemple 1
La pâte d'origine est soumise d'abord à un traitement à l'aide de
15 0,5 % de DTPA pendant 15 minutes à 90°C à une consistance égale à 10
puis est lavée et ensuite soumise à l'action conjointe de 5 % de
Na2S03 et de 1 % de BOROL C pendant 0,5 heure à 90°C à une
consistance égale à 20 %.
La pâte résultant ainsi de la succession des opérations de
2o prétraitement à l'aide de l'agent sequestrant des ions métalliques, de
lavage et de traitement par le sulfite de l'agent réducteur conjointement,
est lavée et enfin soumise à un traitement de blanchiment à l'aide de
peroxyde d'hydrogène en milieu alcalin pendant 5 heures é 60°C à une
consistance égale à 20 % avec 4 % de H202, 4 % de NaOH, 0,5 % de
z5 DTPA en l'absence donc de silicate.
La pâte blanchie ainsi obtenue a un degré de blanc égal à
83,9°ISO.
Exemple 2
L'exemple 1 est répété sauf que le traitement de blanchiment à
30 l'aide de peroxyde d'hydrogène en milieu alcalin est réalisé en présence
de 1 % de silicate.
La pâte blanchie obtenue a un degré de blanc égal à 84,7 %.
Exemples 3 et 4 (comparatifs)
L'exemple 1 est répété sauf que le traitement de blanchiment à
35 l'aide de peroxyde d'hydrogène en milieu alcalin est réalisé en présence
de 2 %.de silicate dans l'exemple 3, de 4 % de silicate dans l'exemple 4.
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II est constaté que la péte blanchie résultant de ces deux essais a
degré de blanc égal à 84,9 % et donc pratiquement celui atteint dans
l'exemple 2.
Exemples 5. 6. 7, 8 (comparatifs)
L'exemple 1 est répété en supprimant le traitement de la pâte par
le sulfite et l'agent réducteur ensemble et en ne gardant que le
prétraitement par l'agent séquestrant , le lavage après ledit prétraitement
et le traitement de blanchiment par le peroxyde d'hydrogène en milieu
alcalin.
lo Dans ce dernier) le silicate est absent dans l'exemple 5 et est
présent à raison de 1 %) dans l'exemple 6, 2 % dans l'exemple 7, 4
dans l'exemple 8.
La péte a un degré de blanc égal, pour l'exemple 5, à 76 %) pour
l'exemple 6, à 78,2 %, pour l'exemple 7, à 80,3 % et pour l'exemple 8 à
82,5 %.
Exemple 9 (comparatif)
Après le prétraitement par l'agent sequestrant et le lavage qui lui
fait suite réalisés comme dans l'exemple 1, la pâte lavée est soumise à
un premier traitement de blanchiment par H202 en milieu alcalin en
l'absence de silicate, é 60°C et à une consistance de 20 % comme dans
l'exemple 1 mais durant 1,5 heures avec 1,44 % de H202 et 1,3 % de
NaOH puis à un lavage et enfin à un deuxième traitement de
blanchiment par H202 en milieu alcalin dans les mêmes conditions de
température et de consistance que le premier mais avec 2,56 % de
H202, 3,1 % de NaOH et 0,05 % de Mg.
La pâte blanchie obtenue a un degré de blanc égal à 82,5°ISO.
Les exemples ci-dessus font ressortir l'avantage du procédé de
l'invention par rapport à un traitement de blanchiment unique par le
peroxyde d'hydrogène en milieu alcalin réalisé pourtant avec une
3o quantité de silicate correspondant au taux optimal de silicate (4%), et par
rapport à deux traitements successifs de blanchiment par le peroxyde
d'hydrogène en milieu alcalin sans silicate.
