Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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PROCEDE DE StJANCHIMENT AU PER~XYDE D'HYDFtÜGENE DE
PAIES A PAPIER A HAUT 1~ENDEMENi'
La présenta invention concerne un procédé de blanchiment de
pâtes à haut rendement à l'aida de peroxyde d'hydrogéne en milieu
alcalin.
Par pâtes à haut rendement on entend ici les pâtes obtenues aven
un rendement pondéral à l'état sec par rapport à la matière
lignoceliufosique de départ, comme ie bois généralement sous forme de
copeaux. comptée à !'état sec, qui est supérieur ;~ environ 85 % et
souvent égal au moins à 90 °!°.
De telles pâtes sont fabriquées par défibrage de la matière de
lo départ, des copeaux de bois le plus souvent) au moyen d'une meule ou
d'un défibreur à disques) associé ou non à un traitement chimique et/ou
thermique.
Elles comprennent celles que l'industrie qualifie de mécaniques.
thermomécaniques, chimicothermomécaniques.
Leur blanchiment consiste à décolorer par action chimique les
groupements chromophores des constituants du bois sans solubiliser
ces constituants. l.es groupes chromophores responsables de la
coloration brune da la pâte sont portés principalement par la lignine et
certains extraits =tannins).
20 Deux types de procédés sont aujourd'hui utilisés pour réaliser
cette décoloration
le premier consiste à faire agir sur ia pâte un agent
réducteur, classiquement l'hydrosulfite, dans des conditions douces et
en milieu neutre ou légèrement acide. l~ réduction des groupements
25 chimiques responsables de la coloration provoqua un blanchiment
partiel qui pour certaines applications est néanmôins suffisant.
- le deuxiëme procédé consiste à oxyder les groupements
colorés par la pa~oxyda d'hydrogéne en milieu alcalin. Le blanchiment
obtenu est plus important que dans le procédé précédent ce qui
3o explique qu'aujourd'hui, pour satisfaire les exigences da qualité des
papiers, le procédé au peroxyde soit de plus en plus utilisé.
ï~utefois, la peroxyda d'hydrogéne est un produit cher dont la
stabilité dëcroît à mesure que le pH augmente. S'il est admis que la
zona da pH dans laquelle ést normalement réalisé Da blanchiment par la
35 peroxyda d'hydrogéna s'étend d'environ 9 à environ 11 comma le
~~4~.~~~
2
rappelle "The bleaching of pulp", TAPPI Press, SINGH ed., Atlanta USA,
1970) p.227) l'amélioration dans ce cadre de l'utilisation du peroxyde
d'hydrogène est d'intérèt permanent pour l'industrie.
Cette amélioration doit par ailleurs aller à l'encontre du
brunissement de la pâte que l'on sait résulter de la présence d'un agent
alcalin comme l'hydroxyde de sodium NaOH (brunissement "alcalin"), et
duquel la pâte une fois blanchie est protégée par acidification comme
décrit à la page 229 de l'ouvrage déjà cité.
C'est ainsi qu'il a été proposé de faire intervenir 1e peroxyde
ïo d'hydrogène en au moins deux phases distinctes de blanchiment.
Par exemple dans la demande de brevet W~°84.02.366 il est
proposé une première phase dans laquelle les conditions d'alcalinité
sont anormalement fortes en vue d'améliorer la qualité mécanique des
fibres et une seconde phase dans des conditions d'alcalinité normales
pour corriger le défaut de blanchiment résultant de la première phase.
Dans TAPPI Journal) Mars 1987, pages 119 et suivantes, D.
LJaCHENAL décrit aussi un procédé en deux phases mais dans lequel
une quantité d'hydroxyde de sodium très supérieure à celle normalement
admise pour une première phase est mise en oeuvre dans la deuxième
phase.
Enfin le brevet franpais n'2537177 préconise ie maintien de
conditions aussi uniformes que possible tout au long du blanchiment en
procédant en une succession de phases distinctes.
Dans chacun des procédés proposés une phase sa distingue de
?5 la suivante en ce qu'intermédiairement les produits qui ont servi dans la
première, en particulier le peroxyde d'hydrogène et les agents alcalins
comme l'hydroxyde de sodium) sont éliminés de la pâte, au moins en
majeure parti~, par exemple 90 %, normalement par lavage et/ou
pressage de ladite pâte. !°es coûts d'énergie et d'investissement qui
en
3r~ découlent s'opposent à l'intérêt d'améliorer le rendement d'utilisation du
peroxyde d'hydrogène.
Le procédé de ia présente invention comprend deux phases mais
ne nécessite aucunement l'opération intermédiaire ci°dessus.
C'est un procédé de blanchiment de pâtes à haut rendement au
35 moyen de peroxyde d'hydrogène en milieu alcalin, caractérisé en ce que
la seule intervention faite entre de début et ia fin dudit blanchiment est
la modification de l'alcalinité de la pâte par addition d'un agent alcalin à
3
un moment où la quantité de peroxyde d'hydrogéne consommée est
comprise entre 40 °/o et 75 % de la quantité initiale de peroxyde
d'hydrogène.
Dans la définition donnée ci-dessus du procédé de l'invention,
comme dans tout ce qui suit, on entend par pâte l'ensemble constitué
de la matière lignoceliulosique comptée à l'état sec et du lïquide présent
avec ell~.
Dans tout ce qui suit, sauf précision ou évidence) les quantités de
matière sont exprimées en pour cents en poids par rapport au poids de
7.o pâte prise à l'état sec.
II a été constaté qu'ü est souvent avantageux de procéder à
l'apport de la quantité additionnelle d'agent alcalin lorsque environ 50
à 60 % du peroxyde d'hydrogéne initial sont consommés.
L'agent alcalin ajouté à la pâte en cours de blanchiment est
normalement l'hydroxyde de sodium en quantité le plus souvent
comprise entre 0,5 % et 4 %, de préférence entre 1 % et 2 %.
Un autre agent alcalin que l'hydroxyde de sodium peul être ajouté
pourvu qu'il assure la modification de l'alcalinité de la pâte attendue de
l'hydroxyde de sodium qu'ïl remplace.
zo l~ quantité de peroxyde d'hydrogéne H202 engagée) ajoutée en
totalité â la pâte en début de blanchiment, peut être comprise entre 1
et â %, de préférence entre 2 % et 4 %. La quantité totale d'hydroxyde
de sodium mise en oeuvre, cumul des quantités ajoutées en début et
dans le cours d~i blanchiment selon le procédé de l'invention, est
généralement comprise entre 1 % et 5 %. Comme dans tes procédés
connus, le blanchiment peut avoir lieu en présence de silïcate de
sodium, par exemple de 2 % à 6 %, et le plus souvent de 3 % à 5 %,
d'une solution aqueuse de silicate de sodium à 40°Bé soit 1,38 de
densité, désignée par silicate de sodium, d'agents complexants comme
0,1 % à 0,5 % d'une solution aqueuse désignée par DïPA et
contenant 40 % en poids de sel de sodium de l'acide
diéthylènetriaminepentaacétique, et étre réalisé à une consistance
comprise par exemple entre 5 % et 40 %) le plus souvent entre 10 % et
20 %, à une température comprise entre 40°C et 90°C, souvent
entre
50°C et 80°C. !.e pH de la pâte au cours du blanchiment reste
ainsi
compris antre 8,5 et i 1,5, c'est-à-dire entre des limites habituelles.
4
La durée totale du blanchiment dépend du choix des divers
paramètres. Elle peut être par exemple de l'ordre de 4 à 6 heures
lorsque) comme cela est le cas dans les exemptes présentés plus loin,
on s'assure que la blancheur de la pâte ne varie pratiquement plus avec
le temps.
La durée entre le début du blanchiment et le moment auquel est
ajoutée la quantité additionnelle d'agent alcalin dépend essentiellement
de la quantité de peroxyde engagée et de la température choisie. Les
conditions préférées correspondent à une valeur de ladite durée
lo n'excédant pas celle séparant le moment auquel l'alcalinité de la pâte
est volontairement modifiée et le terme du blanchiment.
Les exemples suivants, donnés à titre indicatif mais non limitatif,
illustrent l'invention. Certains sont donnés à titre comparatif.
Exemples 1 à 6
Une pâte de meule de sapin épicéa de degré de blancheur 59°ISO
est blanchie par le peroxyde d'hydrogène dans les conditions suivantes
H202 : 4 %, NaOH : 2,5 %, silicate de sodium : 3 %, DTPA : 0,25
°/o)
consistance : 15 °/°, température : 60°C)
jusqu'à ce que x % du peroxyde d'hydrogéne soient consommés, la
2o valeur de x étant différente d'un exemple à l'autre, et qu'alors 1,5
°/o
d'hydroxyde de sodium soit ajouté à la pâte puis le blanchiment mené à
son terme au bout d'une durée totale égale à 6 heures.
Les résultats sont rassemblés dans ie Tableau i ci-dessous.
5
Tableau 1
Exempte x) % pte
blanchie,
n blancheur,1SO
1' 0 $0,5
comparatif
2 37 80,7
comparatif
3 49 81,3
4 56 $1,6
61 $2,2
6 63 $1,9
pâte blanchie durant 6 heures dans les conditions initiales
indiquées et sans apport additionnel de 1,5 % d'hydroxyde de sodium
en cours de blanchiment.
Exemple 7 (comparatif)
Cet exemple porte sur la méme pâte que dans les exemples 1 à 6
et est réalisé comme l'exemple 1, sans apport d~ NaOH en cours de
blanchiment, mais avec 4 % de NaOH au lieu de 2,5 % donc avec une
quantité de NaOH égale à la somme des quantités de NaOH ajoutées â
!a pâte au début et en cours de blanchiment dans les exemples 3 à 8
~ o conformes à l'invention.
Au terme des 6 heures de blanchiment, la pâte a une blancheur
ëgale à 80,7°ISO, c'est-à-dire semblable à celle atkeinte dans les
exemple 1 et 2 et donc encore nettement infërieure à celle que permet
l'inventïon.
~5 Exempl~ 8_ (comparatif)
La méme pâte que dans les exemples précédents est blanchie
dans les conditions initiales de I°exemple i jusqu'à ce que 50 % du
peroxyde d'hydrogéne soient consommés.
L.a pâte est alors pressée puis amenée â nouveau à une
zo consistance de 15 % par addition d'eau et d~ 1,5 % de NaON et
blanchie jusqu'à une durëe totale de blanchiment égaie à 6 heures au
moyen du peroxyde d'hydrogéne résiduel) soit 1,~. %.
La pâte blanchie a une blancheur égale à 81°lSO ce qui ne
constitue aucun progrés sur ce plan par rapport à la présente invention
z5 mais un désavantage"économique certain par rapport à pelle-ci.
6
exemple 9 (comparatif)
La même pâte que dans les exemples précédents est biancioie
comme dans !'exemple 1 mais avec 2 °/o de H202 au lieu de 4 % et
jusqu'à ce que 80 % du peroxyde d'hydrogëne soient consammés. 1,5 °/o
de NaOH sont alors ajoutés à la pâte et le blanchiment est poursuivi
jusqu'à son terme atteint après une durée totale de 93 heures.
La pâte a alors une blancheur égale à 72,2°iSO et le brunissement
"alcalin" est observé.
Une diminution de la quantité additionnelle de NaOH ne modifie
lo pas ces conclusions. Par exemple en opérant avec 0,5 % de NaOH
additionnel au lieu de 1,5 %, la blancheur d~ la pâte blanchie n'est égale
qu'à 76°ISO, valeur inférieure à celle égale à 76,8°iSO atteinte
aprés 6
heures sans NaOH additionnel.
Sxem~les 10 à 13
Une pâte chimicothermomécanique, ou pâte CiMP, de sapin
épicéa de blancheur égale à 61,2°ISO est blanchie dans les conditions
suivantes
H202 : 4 %, NaOH : 2,5 %, silicate de sodium : 3 %) DTPA : 0,25 %,
consistance : 15 %, température : 60°C,
2o jusqu'à ce que 52,5 % du peroxyde d'hydrogène soient consommés.
Est alors ajoutée à la pâte une quantité de NaOH égale à y %, la
valeur de y étant différente d'un exemple à l'autre, et le blanchïment
poursuivi jusqu'à son terme assuré après une durée totale de 6 heures.
Les résultats sont rassemblées dans le tableau 2 ci-après
iabhau 2
I=xemple y,% pte blanchie
n blancheur,ISO
0 80,9
comparatif
11 1 81,2
12 1,5 81.7
13 2,5 79,Q
~~~13~8
7
Dans l'exemple ~~ on constate un brunissement "alcalin" de la
pâte déj~ accentué.
L.es exemples fournis, combinés é l'indication des plages de
variation des divers paramétres, en particulier celles de quantités totales
et additionnelles d'agent alcalin, permettent à l'homme du métier de tirer
bénéfice de l'ïnvention.
On peut indiquer encore que la variation d'alcalinité provoquée
par l'addition de l'agent alcalin dans le cours du blanchiment selon
l'invention se traduit le plus généralement par une augmentation du pH
de la pâte d'au moins une unité.
