Brevet FR2017687A1 — publié le 19700522

la présente invention se rapporte à des perfectionnements apportés à la fabrication du papier et du carton, etprincipale- ment à leur collage, perfectionnements qui, par affinité, sont applicables à d'autres procédés, par exemple l'apprêt et le finissage de fibres textiles déterminées.Il est bien connu que, dans la fabrication mécanique du papier, afin de lui conférer des caractéristiques ou des qualités appropriées en vue de l'im- pression, c'est-à-dire,pour le doter d'un certain degré dtimper- méabilité et de caractéristiques suffisantes qui permettent de sten servir pour écrire, on utilise depuis plus d'un siècle et demi deux produits fondamentaux, à savoir la colophane(obtenue par distillation de la térébenthine du pin) et le sulfate d'aluminium (Al2 Su4)3 (18H20). Pour que ledit produit colophane puisse agir de façon appropriée comme matière active pour le collage du papier, il est nécessaire, en premier lieu de transformer cette matière préalablement en un sel sodique par saponification plus ou moins partielle de ses complexes acides résineux. De ce fait, il devient possible de dissoudre la colophane dans l'eau de façon à obtenir une solution laiteuse destinée à contenir les fibres à partir desquelles on devra constituer le papier. Son application est réalisée, soit dans un récipient mécanique connu sous le nom de pile hollandaise, où l'on effectue encore dans certaines fabriques le raffinage des pâtes à papier, soit dans un moderne Rhydropulper". On emploie en outre les cuves mélangeuses et de retenue des pâtes, dans le circuit de mouvement jusqu'au distributeur installé en tête de la machine. Par la suite, on ajoute une solution, évaluée en degrés Baumé (120 à 150), de sulfate d'aluminium, pour neutraliser le sodium contenu dans ledit sel sodique, jusqutà ce que l'on obtienne que la pâte de papier traitée présente une valeur de pH acide située dans la plage de 4 à 4,5. Au moment opportun, on libère la colophane de son état de dissolution pour la transformer en une résine d'aluminium sous forme de gel et avec une dispersion postérieure colloïdale insoluble de mycelles actives pour le collage de plus ou moins grandes dimensions, qui se fixe et adhère immédiatement à la pâte à papier, en enveloppant ses fibres de constitution, ce qui fait que l'on obtient la propriété hydrofuge recherchée, cet important résultat étant obtenu par une action exclusive de catalyse sur la fibre et sur les myceiles~actives gracie à leurs charges statiques respectives de signes anodique et cathodique respectivement, provoquéé par le flux d'hydrogène-Ion(H+) que produit, lors de son dédoublement, le sulfate d'aluminium en dissolution et en contact avec des alcalis. Il est nécessaire d'opérer de cette façon, car si l'on neutralise ledit sel sodique par n'importe quel autre acide destiné à obtenir un résultat identique, comme par exemple l'acide sulfurique (S04H2) ou l'acide chlorhydrique (hot), et si 1 1on ajuste le pH à la valeur indiquée pour le sulfate d'aluminium,on on n'ob- tiendra aucun collage pour le papier traité. Les fibres végétales, que l'on utilise principalement comme matières premières dans la fabrication du papier, sont aptes, par leur propre constitution, à fixer les substances de collage en question, si on effectue des dispersions appropriées colloïdales de colophane en se basant sur le calcul de la dimension la plus grande des mycelles actives et en neutralisant leur basicité en adoptant, dans chaque cas, des concentrations déterminées de sulfate d'aluminium en dissolution. Depuis 1807 où Maurice Frédéric Illig découvrit le collage en masse du papier en utilisant de la colophane et du sulfate d'aluminium, ou de préférence de l'alun (sulfate d'aluminium et de potassium), et publia ses instructions pour obtenir ce résultat, ce procédé n'a pas subi jusqu a présent de modifications notables. Une infinité de formules et de produits de collage, tous à base de colophane, ont apparu successivement sur le marché.Parmi les formules ou les procédés de collage du commerce qui ont obtenu un succès international,on peut citer ceux décrits dans les brevets BEWOID, GUILIET, DELTHIRNA et les procédés de fabrication mis en oeuvre au moyen des appareils dtARLEDUER, ERFURT, etc..., ainsi que le procédé très récent, celui qui se rapporte à une résine de soude en poudre, connue aux Etats Unis sous la dénomination commerciale "PEXOL", qui présente l'inconvénient de fournir une valeur de pH élevée, ce quientraPne une hydrolyse spontanée au contact de l'air ambiant.Ces deux défauts, si on ne prend pas de difficiles précautions, produisent des taches sur le papier, affaiblissent les fibres qui le constituent, obligent à employer des doses excessives de sulfate d'aluminium etc... Du fait que le brevet BEWOID a été, jusqu'à maintenant, le plus diffusé sur le marché international et le plus employé, on se réfèrera, par exemple, à ce que son inventeur Wiegery a dit et n'a pas dit de ce procédé, et aussi ce qu'en a publié l'ingénieur espagnol T. Costa Coll, directeur de papeterie, dans son manuel "le Babricant de Papier", édité en 1946 par les éditions Bosch de Barcelone. Il le définit comme une dispersion colloïdale de colophane fondue dans une dissolution aqueuse de colloïde protecteur et émulsionnée dans un appareil agitateur susceptible de fonctionner à 60 r.p.m. et pour un fonctionnement postérieur rapide à 300 r.p.m. pour former une solution laiteuse qui contienne 400 grammes de colophane par litre à 60 Baumé, avec une valeur dans la mesure de pH = 8,5. L'inventeur du brevet Bewoid a oublié de mentionner que son procédé donne des résultats peu satisfaisants du point de vue de la stabilité, ceci étant principalement dû au colloïde protecteur (caséine) utilisé, car il est notoire que cette dernière présente dans une très large mesure 11 inconvénient de fermenter en solution et en présence de son dissolvant basique ou alcalin, ce qui fait que ce collolde protecteur s'oxyde rapidement en contact avec le milieu ambiant et par simple emmagasinage, ce qui a pour résultat de rompre l'équilibre de la colophane libre à l'état colloïdal subdivisé par rapport au véhicule, à savoir l'eau, qui l'y maintient, et il se produit ce que l'on appelle une sédimentation due à un commencement de floculation et de peptisation. Cependant pour expliquer et justifier le pourquoi de l'ample diffusion internationale du procédé BEWOID, il faut dire que cela a été dA exclusivement au zèle et à la discipline que ses utilisateurs ont toujours mis pour rendre ce produit exempt de matières étrangères, en adoptant des systèmes de filtrage parfaits et en effectuant une grande sélection des matières qui interviennent dans sa composition. C'est le motif fondamental pour lequel la colle "Bewoid" continue d'entre adoptée d'une façon quasi générale dans la fabrication des papiers de première qualité. Selon le procédé Guillet, on utilise également un colloïde protecteur, mais d'après ce que dit son inventeur, la teneur en résine libre est moindre que dans le procédé Bewoid. La sa ponification est effectuée en deux stades : d'abord à l'aide d'un mélange de "carbonate alcalins et de bicarbonate et ensuite au moyen d'eau de Javel. Pour améliorer la répartition de la résine libre dans le savon, on utilise un nouveau dispositif constitué par une buse qui aspire rapidement l'émulsion contenue dans la chaudière et celle projetée sur une surface en forme de cloche. Bien que les résultats obtenus avec ce procédé aient été bons, on ne note pas de progrès appréciable. En ce qui concerne le procédé elthirna, il consiste à dissoudre à froid la colophane dans l'eau de Javel, ce qui fait que.l'on obtient une économie de vapeur et de main d'oeuvre et, surtout, une grande régularité dans la colle fabriquée, en ce qui concerne la stabilité et le rendement. Par contre, du fait de l'augmentation notable de sulfate d'aluminium utilisé, il devient nécessaire d'ajouter de l'acide sulfurique, que l'on doit neutraliser par la suite avec du carbonate de calcium pour qu'il n'attaque pas l'appareillage, ce qui est aberrant. Par ailleurs, on se reportera aux tentatives pour résoudre les problèmes de collage par les procédés mis en oeuvre au moyen des appareils d'Arledter et dtErfurt. ÂPPÂREILS ARIEDER.- Dans une chaudière à serpentin à vapeur, on effectue la décoction de la colophane à l'aide de soude. On fait passer le savon obtenu dans un autre récipient intermédiaire, muni d'un serpentin chauffant aussi et, au moyen d'un dispositif à mélanges et d'un injecteur de vapeur, on établit une circulation d'eau qui conduit la colle à un grand réservoir contenant plus d'eau, dans lequel on obtient par dissolution le lait de colle, à une température de 740C à 750C, qui doit être maint nue constante ainsi que la concentration du solide actif qui ne doit pas dépasser 10 grammes par litre. APPAREIL 1)'ERFURT..- Dans ce système la soude est dissoute séparément par chauffage dans un appareil, et elle est envoyée à la chaudière de décoction lorsque la colophane est fondue. Le mélange est chauffé jusqu'à 1020C, et, à cette-température, il se produit une effervescence, ce qui fait que le savon obtenu par l'action de l'anhydride carbonique, plus le savon contenu dans sa masse, montent par un tube qui les décharge dans l'écumeuse et, de là, retournent à la chaudière. Àu bout de 2 à 3 heures de repos, l'opération est terminée. On peut dire en toute justice que les défauts que montrent tous les brevets et procédés de collage mentionnés ci-dessus seraient amplement résolus par la fabrication d'une simple résine de soude, naturellement exempte de colloide protecteur, ce qui n'est nullement nécessaire, si on adopte une formule et un procédé appropriés de saponification de la colophane, pour établir un parfait équilibre entre la constitution colloïdale et la dimension micellaire de ses solides actifs par rapport au véhicule eau plus l'hydroxyde sodique qui le maintient, et vérifier en outre soigneusement la pureté et la propreté de tous les produits et de toutes les matières de sa composition pour terminer par un filtrage mécanique à pression élevée du produit à emmagasiner toujours avant de le soumettre à son emballage commercial qui devra avoir lieu lorsque le produit aura atteint la température ambiante. Par ce processus, on obtient une colle stable pour un temps indéfini, ne contenant pas plus de 25 % de solide actif et avec un rendement égal à celui de produits présentant, outre leur prix de revient très élevé, un contenu actif minimum de 40 % et montrant une telle quantité d'inconvénients. En outre, les composés utilisés pour le collage sont la cause, en un laps de temps relativement court, si on les utilise dans un procédé continu, de llémoussage des lames des appareils de raffinage, ils produisent généralement une mousse abondante, salissent et obstruent la capillarité nécessaire des-feutres, et des instruments de séchage du papier qu'il faut remplacer très fréquemment, ils attaquent et vieillissent en peu de temps les pièces métalliques du complexe mécanique de la fabrication. Il est nécessaire de réaliser des dissolutions volumineuses de sulfate d'aluminium à des concentrations déterminées, de vérifier la valeur du pH à chaque application de colle et de sulfate par unité de charge dans les hydropulpers ou cuves mélangeuses.On peut citer aussi l'éternel problème du "duvet" dans les presses des machines, la rugosité ou le plissement du papier, la poussière produite par le fendillement du papier qui est propre à la colophane de par sa constitution naturelle vitreuse lorsqu'elle est soumise aux pressions lithographiques appropriées, etc... Jusqu'à présent l'emploi des colles obtenues à partir de la colophane ainsi que du sulfate d'aluminium était indispensable et et de ce fait ces deux derniers produits faisaient l'objet d'une très forte demande à l'échelle internationale. lies techniciens du papier sont enfermés dans un cercle vicieux, car ils ont beau s'ingénieur à choisir des fibres cellulosiques à les préparer de façon spéciale avec un soin toujours croissant pour obtenir des pâtes mécaniques, etc..., dans leur désir logique de confectionner des papiers de qualité supérieure, ils n'atteindront jamais cet objectif tant que l'on utilisera de la colophane et/ou des solutions acides, étant donné le faible pH obligatoire auquel on doit procéder à la fabrication si on désire obtenir ou atteindre un collage, qui, de façon primordiale, provoquera également le jaunissement et le vieillissement prématuré du papier. Le procédé selon la présente invention vise plus particulièrement à rendre possible le collage du papier, en utilisant un seul produit qui, dans sa composition, ne contient pas de colophane et qui, en outre, rend-inutile d'utiliser ultérieurement le sulfate d'aluminium indispensable -jusqu'à présent, ce qui ap -porte la solution à tous les problèmes et obvie à tous les inconvénients inhérents à tous les systèmes pour le collage utilisés actuellement. Les perfectionnements qui font l'objet de la présente demande consistent essentiellement à effectuer le collage du papier en traitant la pâte à papier par une composition absolument exempte de colophane et constituée de paraffine, de cire ou de produits de l'hydrogénation d'huiles ou de graisses animales ou végétales; d'un alcool gras sulfoné, de sulfate d'aluminium ou de potassium; de kaolin ou d'un autre produit siliceux usuel et d'hydroxyde sodique ou de carbonate de soude. Cette composition est appliquée dans les conditions normales et en une seule opération, sans que le pH de la pâte à papier n'ait d'influence sur elle. Une dispersion colloldale des solides actifs a lieu, lorsque ceux-ci entrent en contact avec l'eau que doit contenir la pate à papier, en se fixant dans ses fibres de constitution par simple ionisation de ses micelles collantes de plus grande dimension, c'est-à-dire en agissant d'abord sur la matière collante active et ensuite sur la cellulose. Cette condition et cette action sont obtenues en adoptant le simple processus de fabrication de l'invention mentionné plus haut, et non comme cela arrive avec les deux produits utilisés jusqu'à présent, qui agissent par réaction de leur propre constitution et de leur neutralisation partielle, ce qui rend nécessaire de saturer de grands volumes d'eau avec les deux éléments actifs combinés, colle plus sulfate d'aluminium, pour que la pâ- tea' papier puisse les absorber et les retenir. L'utilisation de la composition ne nécessite pas de conditions spéciales, c'est-à-dire qu'elle ne requiert aucune modification ni dans la pâte mécanique ni dans l'appareillage de la fabrique de papier. Elle agit avec la même efficacité en milieu neutre, basique ou acide, et présente une parfaite stabilité qui permet de la conserver pour un temps indéfini. Entre autres avantages, et avec l'application des perfectionnements qui font l'objet de la présente demande, on évite la formation de mousse et de bulles dans le papier; le raffinage des fibres et le drainage dans la confection du papier sont beaucoup plus rapides, ce qui se traduit par une économie énergétique, puisque l'on peut obtenir une plus grande vitesse de production que celle obtenue avec le système de collage actuel; les feutres pour le séchage ne se salissent pas, leur capillarité nécessaire ne s'obstrue pas; le *duvet" dans les presses de fabrication est évité; les lames des appareils à raffiner, coniques ou à disques, durent très longtemps et ne souffrent pas d'usure ni de corrosions dans les parties métalliques vitales de l'appareillage mécanique. lie papier ainsi traité ne dégage pas de poussière, ne vieillit pas prématu-rément et conserve pendant des générations sa couleur primitive, il ne graisse pas les fibres qui le constituent et on constate une remarquable amélioration de ses caractéristiques physiques. En outre, le papier traité suivant ces perfectionnements ne perdra jamais sa propriété hydrofuge, meme Si on le défibre un très grand nombre de fois pour le composer à nouveau. En définitive, c'est un système très économique. On expose ci-dessous en détail la préparation de la composition nécessaire et son application au collage du papier. On part des produits suivants, dans les proportions qui sont indiquées. 1.- Paraffine solide blanche avec point de fusion supérieur ou égal à 600C exempte au maximum, d'huile libre dans sa cons titution .............................. 30,6 2.- Alcool gras sulfoné avec un contenu actif de 30-à 40 %, saturé ..................... 2,3 5 Sulfate d'aluminium (Âl2SO4)3(18H2O) 11,5 4.- Kaolin (colloïdal) et silices déterminées 30,6 5.- Hydroxyde sodique (NaOS) 40 % - 1,5 6.- Eau ...... 23,5 GOUAL 100,00 On emploie une chaudière-réacteur ouverte (sam pression intérieure) à double fond et à corps latéral, rev8tu d'acier inoxydable et qui est pourvue d'un chauffage à vapeur indirecte, avec pression maximum de 3 kg/cm2 et d'un agitateur à deux vitesses, la première de 60 r.p.m. et la seconde de 100 r.p.m.. Cette installation doit être disposée pour agiter le mélange dans les deux-sens de la marche. Le processus de fabrication comprend les phases suivantes : 1.- On fond la paraffine jusqu'à dépasser de 10 à 1500 le point de fusion propre audit produit. 2.- En même temps, et dans un appareil séparé pourvu d'un serpentin à vapeur approprié, on dissout l'alcool gras sulfoné dans 11,5 parties de l'eau de la formume et à une température supérieure à 10 C. à celle du point de fusion propre de la paraffine utilisée, ce qui fait que l'on obtiendra la dilatation nécessaire de l'alcool. 3.- On coupe l'entrée de la vapeur dans le réacteur et on y verse, peu à peu, le kaolin, avec l'agitateur en mouvement à marche réduite, jusqu'à obtenir sa parfaite dispersion et un mélange sans grumeaux avec la paraffine. 4.- On verse ensuite par petites portions, dans le réacteur, le t'sirop" obtenu pendant la deuxième phase, en adoptant le même système que pour le kaolin, et on continue avec une agitation mécanique lente, ju qu'à ce que l'on obtienne la complète union de la paraffine, du kaolin et du "sirop". 5.- On injecte de nouveau de la vapeur, sans dépasser, dans le graphique de la température pour le produit, les gOOC et on change l'agitation lente pour la rapide, en même temps que l'on applique lentement le sulfate d'aluminium. On continuera ainsi pendant quelques minutes jusqu'à ce que, en prenant des échantillons de la masse, on observe qu'elle donne des signes que le sulfate d'aluminium s'est complètement dissous. 6.- On ferme la vapeur, on arrête l'agitateur et on élimine l'eau de condensation contenue dans la chambre du réacteur. 7.- On recommence à agiter la masse à vitesse lente et on verse sur la pâte les dernières 12 parties d'eau, non encore utilisées, de la formule à laquelle on aura préalablement mélangé l'hydroxyde de soude indiqué. La température de cette quantité d'eau plus l'hydroxyde de soude, devra être supérieure de 100C au point de fusion de la paraffine employée Le produit obtenu est prêt pour l'emmagasinage ou l'emballage commercial. Pour le collage de 1 000 kgs de pâte à papier sèche, 30 kg du produit obtenu sont suffisants, ce qui représente 3 % du poids du papier. Au contraire, pour le collage de 1 000 kg de pâte à papier sèche, en employant une colle normale, en tenant compte de l'addition postérieure de sulfate d'aluminium, il est nécessaire, en moyenne, d'utiliser 60 kg. de sulfate d'aluminium et 200 kg d'eau pour dissoudre le sulfate d'aluminium à 20 %, ce qpi représente au total 31 % en poids de produits par rapport au papier traité, ce qui démontre l'importance de l'avantage que l'on obtient grâce à ces perfectionnements en ce qui concerne le volume de matières de collage que l'on doit utiliser et mettre en mouvement. D'autre part,on obtient une économie importante, puisque le prix des produits nécessaires pour coller le papier d'après l'invention, est inférieur à 30 % du coût des mêmes produits, si on utilise les procédés usuels. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Perfectionnements apportés à la fabrication du papier, caractérisés par le fait que l'on effectue la phase de collage en appliquant à la pâte à papier, en une seule opération, une solution aqueuse exempte de colophane, et qui contient une paraffine, une cire ou un produit de l'hydrogénation d'huiles ou de graisses végétales ou animales, un alcool gras sulfoné; du sulfate d'aluminium ou de potasse; un produit siliceux et un alcali, cette solution agissant indistinctement dans un milieu neutre, basique ou acide, par sa propre action et sans apport ultérieur. 2.- Perfectionnements apportés à la fabrication du papier, suivant la revendication 1, caractérisés par le fait que l'on emploie 30,6 % de paraffine solide blanche dont le point de fu- sion est supérieur à 600C et qui est sensiblement exempte d'huile libre; 2,3 % d'alcool gras sulfoné avec un contenu actif de 30 à 40 %, saturé; 11,5 % de sulfate d'aluminium (Al2S04)3 (18 0); 30,6 % de kaolin colloïdal et 1,5 % d'hydroxyde de soude (NaOH) à 40 * par rapport au poids total de la solutien. 3.- Perfectionnements apportés à la fabrication du papier suivant les revendications 1 et 2, caractérisés par le fait que cette solution est appliquée dans la proportion moyenne de 3 % en poids par rapport à celui de la pâte à papier sèche.