Brevet FR2022361A1 — publié le 19700731

La présente invention concerne la fabrication des pâtes de bois mwcaniques. Les pâtes de bois mécaniques sont fabriquées par désintégration physique des fibres de bois plutôt que par des procédés chimique de réduction en pâte. es pâtes économiques et de rendement élevé ont été en général appliquées à la fabrication de produits de volume important et qui ne nécessitent pas une très grande blancheur, comme le papier journal, le papier pelure, le carton et les produits moulés.Leur valeur s'est accrue dans la mesure où elles peuvent être blanchies, celles qui peuvent être blanchies à des niveaux élevés de blancheur trouvant même une u- tilisation dans des produits pour impression et dans d'autres produits de très bonne qualité, produits pour lesquels d'ordinaire on utilise uniquement que des pâtes dites chimiques Alors que l'on peut utiliser de nombreux bois pour fabriquer des pâtes mécaniques pouvant être facilement blanchies jusqu1à un niveau de blancheur élevé, il existe un certain nombre de bois comme le sapin de Douglas, le sapin de l'Ouest, le mélèze de l'ouests le jacquier, le sapin de Sitka, le cèdre de l'Atlas, l'aulne rouge et quelques bois durs tropicaux, dont les pâtes mécaniques ne peuvent être blanchies jusqu'à des niveaux de blancheur très élevés. Les bois qui posent un problème à ce point de vue, renferment en général de l'ordre de 1,0 % ou plus de composés non-cellulosiques ou différents des la lignine qui eomprennent des quantités importantes de corps chromogènes. Le fait que des pâtes de bois mécaniques provenant de certains bois sont incapables de réagir au blanchiment a limité les domaines d'application de ces pâtes, et en conséquence a di minué leur valeur commerciale. Il a été nécessaire, avec ces pâtes, de fa ire appel à des procédés de mise en pâte coûteux et de faible rendement, de façon à augmenter les niveaux de blancheur auxquels ces pâtes peuvent être blanchies. ainsi qu'il est bien reconnu, les rendements de pâtes obtenues par des procédés chimiques sont en général de l'ordre de 35 à 55 7s seulement, rapportés au bois primitif, alors qu'avec les procédés mécaniques de mise en pâte, les rendements sont en général de l'ordre de 93 à 98 %.La faible réaction au blanchiment des pâtes mécaniques fabriquées avec des bois renfermant des quantités importantes de corps chromogenes a constitué un obstacle important à la pleine utilisation de ces bois, et des efforts de recherche considérables ont été consacrés à des tentatives dans le but de remoudre ce problème. Jusqu'a ce jour, les procédés efficaces connus ont pour effet d'o liminer une quantité excessive ae constituants du bois, en anni- pilant de ce fait les avantages économiques présentés par les pâtes mécaniques. On a maintenant découvert que la réaction au blanchiment de pâtes de bois fabriquées par des techniques de mise en patate mécanique en partant de bois renfermant des quantités importantes de corps chromogènes, peut âtre améliorée à condition que le bois soit traité, avant la mise en pâte et sous forme de copeaux de bois dans lesquels les fibres du bois se présentent sous forme de bois orienté, avec un solvant inerte, dans le but de dissoudre et d'éliminer les corps chromogènes.Dans une forme de réalisation préférée, on utilise un agent chélatant en même temps que le solvant, à raison de 0,1 à 1,0 vs6 en poids par rapport au bois sec. I1 a été constaté que l'utilisation d'un agent chélatant a pour effet une augmentation importante de la blancheur à laquelle la pâte peut être blanchie. toutefois, que l'on utilise ou non un agent chélatant avec le solvant inerte dont on se sert pour traiter le bois, la réaction au blanchiment se trouve am6- liorée et le rendement global de la pâte mécanique fabriquée avec du bois prétraité par ce procédé est élevé. L'invention a pour objet un procédé de fabrication de pâtes de bois mécaniques faciles à blanchir, à partir de bois renfermant des corps chromogènes, qui normalement gênent le blan chiment- des pâtes mécaniques provenant de ces bois, procédé dans lequel ce bois est traité sous forme de copeaux dans lesquels les fibres du bois se trouvent sous forme orientée, avec un solvant inerte dans le but de dissoudre et d'éliminer de ces copeaux de bois les corps chromogènes, puis les copeaux de bois ainsi obtenus sont mécaniquement réduits en pâte. Les bois traités conformément à la présente invention sont les bois exceptionnellement riches en corps chromogènes. Ces corps chromogènes ont une composition chimique variable, certains étant des composés polyphénoliques et comprenant les divers fla vonoldes, ou d'autres composés chimiques qui peuvent être mis en évidence comme étant la source de difficultés dans le blanchiment.On a maintenant découvert que les corps chromogènes, parmi ces constituants du bois non-cellulosiques, autres que la lignine, se transforment au -cours de la réduction en pâte mécanique de façon à être fixés solidement dans la pâta. n outre ces produits sont colorés ou potentiellament colorés, ce qui fait qu'il est difficile ou même impossible dans certains cas de blanchir la pâte jusqu'à des blancheurs élevées. Ln conséquence, lorsque le présent procédé n'est pas appliqu-, ces corps sont fréquemment transformés en un état coloré au cours du traitement de la pâte, et le niveau de blancheur de la pâte est très bas. Ce facteur de la fixation des corps chromogènes dans la pâte, au cours de la réduction mécanique en pâte, peut expliquer pourquoi le problème de l'influence de ces corps sur la faculté de blanchir n'a pas été résolu. La validité de cette explication est en particulier probable lorsqu'on se représente que ceux qui travaillent aux progrès des procédés mécaniques de mise en pâte ont évité un traitement chimique avant cette mise en pâte, de manière à conserver dans la pâte autant de matière du bois qu'il est possible. Ceci a en général amené les gens qui s'occupent du problème de la couleur à traiter les pâtes pour en améliorer la blancheur après plutôt qu'avant leur formation, et pour éliminer une partie de la matière du bois comme c'est le cas dans le présent procédé.En tous cas, personne n'a jusqu'ici proposé le présent procédé pour résoudre le problème de la couleur dans les pâtes mécaniques blanchies. On préfère, pour mettre en oeuvre le présent procédé, traiter le bois sous la forme de copeaux, les dimensions des copeaux commercialisés étant de 8 à 25 mm environ dans le sens du grain, ou de l'orientation des fibres, et de 0,8 à 0,16 mm environ suivant une dimension en travers du grain et de 0,8 à 13 mm dans l'autre dimension en travers du grain; ce sont celles que l'on préfère particulièrement pour des raisons économiques évidentes.Les bois peuvent toutefois être traités sous la forme de morceaux plus gros ou de morceaux plus petits ou écailles, à condition qu'ils ne se trouvent cas complètement sparts en fibres ou faiscesux e fibres nor orientés, mais qu'ils soient plutôt laissés sou. ia forme des fibres orientées existant dans le bois. D'une maniera générale, les fibres ne sont pas considérées comme étant sous forme de bois orienté lorsque les dimensions des fais ceaux sont inférieures à 8x o, x 0,8 mm. Lorsque le bois a été mécaniquement subdivisé en morceaux plus petits que Is dimensions minimales in iquées, il réagit à la réduction mécanique en pâte d'une manière similaire à celle des fibres isolées ou de pe tits faisceaux de fibres. C'est pour cela que les corps chromogènes du bois sont insolubilisés et rendus très difficiles à éliminer.Cependant, quelle qu'en soit la raison, on a maintenant découvert que, lorsque le bois est soumis à une réduction mécanique en pâte sans prétraitement, la pâte résultante renferme des corps qui ne sont pas susceptibles d'être efficacement éliminés avec des solvants et avec des agents chélatants, et qui gênent dans le blanchiment de la pâte. Comme espèces types de bois concernés par le présent procédé, et qui renf-erment des quantités variables de corps chromogènes, on peut citer le sapin de Douglas, le sapin de l'Ouest, le mélèze de l'Ouest, le jacquier, le sapin de Sitka, le cèdre de l'atlas, l'aulne rouge et quelques bois durs tropicaux. I1 existe sans aucun doute d'autres bois qui possèdent cette propriété, et le traitement de ces autres bois est évidemment compris dans le domaine de cette invention. N'importe quel solvant qui dissout les corps chromogènes, mais qui ne dissout ou ne ramollit pas de quantités importantes de celluloses o- de lignines du bois, présente de l'inté- rêt pour l'application du présent procédé. Comme solvants utiles types on peut citer l'eau, les alcools inférieurs, par exemple le méthanol, l'éthanol, le propanol et le butanol, l'éther diéthylique et l'acétone. On les utilise à raison d'au moins 5 parties en poids pour chaque partie en poids de bois sec. il n'existe pas de quantité maximale autre que celle indiquée par la pratique. Ces solvants sont de préférence introduits en comprimant le bois pour en expulser les liquides et l'air qu'il contient, et en lui permatant de se dilater pendant qu'il est imme gé dans le solvant. Ceci introduit du solvant dans les cellules du bois où il se trouve en contact intime et dissolvant avec les corps chromogènes. Le solvant et les composés dissous sont ensuite exprimes hors du bois, de nouveau de préférence par compression mécanique. Cette opération peut être recommencée une ou plusieurs fois, selon la teneur primitive des corps chromogènes dans le boas, deux traitements étant en 6énéral préférés. Comme variantes de la compression mécanique, on peut faire appel à des procédés pour faire pénétrer le solvant en contact intime avec le bois; on peut par exemple le faire macérer dans le solvant pendant une durée prolongez, par exemple pendant de un à plusieurs jours, ou bien on peut introduire les copeaux de bois dans une atmosphère dans laquelle in a fait le vide, puis les plonger dans un solvant rapproprié. On préfère conformément au présent procédé utiliser es agents chélatants en ment temps que les solvants utilisés pour dissoudre et éliminer des bois les corps chromogènes. On pense que ces agents éliminent les ions métalliques qui formant des chélates insolubles avec certains des corps chromogènes présents da-s le bois et par conséquent pour faciliter leur dissolution et leur élimination. Les agents chélatants types comprennent le sel pentasodique de l'acide diéthylènetriaminepentaacétique, l'acide citrique, l'acide gluconique et d'autres acides des sucres ou bien leurs sels, des polyphosphates, par exemple le tripolyphosphate et l'hexamétaphosphate de sodium.Il est évident que la nature de 1' agent chélatant est sans importance, pour autant qu'il est soluble dans le solvant et qu'il peut crue introduit avec lui dans les pores du bois, et pour autant qu'il est capable d'extraire les ions métalliques présents dans le bois On utilise de 0,1 à 1,0 Vo en poids environ de l'agent chélatant, par rapport au poids sec du bois que l'on traite; si 1Cvn en utilise plus ce n'est pas économique et si l'on e utilise moins, l'efficacité n'est pas suffisante. Des copeaux de bois traités pour éliminer les corps chromogènes, comme on l'a exposé plus haut, peuvent atre ensuite réduits mécaniquement en pâte par n'importe quel procédé, le choix du procédé de mise en pâte étant dicté par des facteurs é- conomiques. Les dispositifs de mise en pâte types sont les raffi- neurs à disques, les broyeurs à-marteaux et les moulins à barres. lia pâte ainsi obtenue peut être de même blanchie par un procédé choisi parmi divers procédés. On peut la blanchir avec des agents de blanchiment peroxygénés, par exemple avec de l'eau oxygénée, avec du peroxyde de sodium, des peracides, des perbora- tes, des persulfates et avec des percarbonates. On peut également la blanchir avec des agents ae blanchiment réducteurs, comme par exemple avec des hydrosulfites, comme l'hydrosulfite de sodium, l'hydrosulfite de zinc et l'hydrosulfite de calcium, ou par le procédé au bioxyde de thiourée ou auborohydrure de bisulfite.Ces deux derniers procédés sont décrits respectivement dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique lXfo 3.384.534 et 3.284.283 Les exemples suivants, qui sont présentés à titre illustratif de l'invention et qui n'ont aucun caractère limitatif, mettent en évidence l'efficacité de ce procédé lorsqu'il est appliqué avec l'un quelconque des divers solvants, et avec ou sans agents chélatants. Tous les pourcentages indiqués ici sont exprimés en poids. Dans le cas du poids du bois, on utilise le poids à l'état sec.Les blancheurs ont eté exprimées par des mesures de pouvolr réfléchissant effectuées sur des feuilles de pâtes faites à la main et à l'aide d'un photomètre photeélactrique Taiss Elrepho de pouvoir réfléchissant. Exemples 1 à 6 et Exemple comparatif A. Des billots de sapin de Douglas dont la teneur en matie re cellulosique est de 68 %, la teneur en lignine est de 28 % et la teneur en éléments constitutifs non-cellulosiques et autres que la lignine est de 4 % (ces derniers renfermant les corps Chromogènes de l'espèce du bois), ont été coupés en copeaux en pingles, dont les dimensions moyennes sont de 18 mm dans le sens du grain par 2,4 et 6 mm dans les sans en travers du grain. Les copeaux en forme d'aiguille ont été plongés dans les solvants indiqués dans le Tableau I ci-après pendant un total de sept jours pour chacun des Exemples 1 à . Dans le cas de l'E- xemple comparatif A, on n'a pas effectué cette immersion. Les traitements par immersion ont été divisés en deux parties égales, ia première immersion de trois jours et demi se faisant dans une charge de solvant, le rapport pondéral du solvant aux copeaux de bois sec étant de 7:1, et la seconde de trois jours et demi dans du solvant frais utilisé dans le même rapport pondéral de 7:1 du solvant au bois. Les immersions ont été effectuées a la tempéra tura ambiante (210C). Les copeaux sont ensuite débarrassés par égouttage du solvant libre et réduits en pâte dans un raffineur à disques de laboratoire, puis la pâte est tamisée pour séparer les fibres grossières. Les pâtes sont ensuite blanchies, dans un procédé en deux stades, d'abord avec de l'eau oxygénée, et dans le second stade avec de l'hydrosulfite de sodium. Le blanchiment par l'eau oxygénée est effectué dans un bac à la consistance de 12 %' (12 parties en poids de pâte sèche pour 88 parties en poids de liquide), à 600C pendant 2 heures et demie, en opérant avec les concentrations suivantes de produits, rapportées à la pâte sèche 1 fo d'eau oxygénée, 1 % d'hydroxyde de sodium 5 % de silicate de sodium à 41 Bé 0,05 % de sulfate de magnésium. après le blanchiment par l'eau oxygénée, la consistance de la pâte est abaissée à n 7 et le pH ajusté à 6 en utilisant une solution d'anhydride sulfureux dans de l'eau. On sèche un chantilion de la pâte et on en mesure la blancheur, les résultats figurant dans le tableau I. On procède à un second stade de blanchiment sur les pâtes à 3 % de consistance, à la suite du blanchiment par lteau oxygénée. ma solution de blanchiment par l'hydrosulfite utilisée est constituée de 1 ,% d'hydrosulfite de sodium (en poids y%, par rapport à la pâte sèche). On procède au blanchiment à la consistance de 3 % et à 60 C pendant une heure. A la suite du blanchiment par l'hydrosulfite, on sèche la pâte à 220C dans une atmosphère à 50 % d'humidité relative, puis on mesure sa blancheur et on indique dans le Tableau I les résultats obtenus. Tableau I. Exemples 1 à i et Exemple comparatif A. Blancheur après le premier et le se cond stade de blanchiment Exemple Solvant Stade à 1% d'eau Stade à I % oxygénée $d'hydrosulfite A (comparatif) Néant 52,0- 57,9 1 Eau 53,8 59,6 2 Méthanol 55,4 61,4 3 Ethanol 54,6 61,0 4 Eau/DTPA 57,2 63,7 pH = 9,6 5 Méthanol/DTPA 60,0 67,2 6 Eau/DTPA 57,4 64,6 p11 = 2,5 - Eau avec 0,5 % du sel pentasodique de l'acide diéthylènetria minepentaacétique, par rapport au poids des copeaux de bois secs. 2 Méthanol avec 0,5 % du sel pentasodique de l'acide diéthylène triaminepentaacétique, par rapport au poids des copeaux de bois secs. 3 ~ Comme dans l'Exemple 4, mais le pH étant ajusté à 2,5 avec de de l'acide sulfurique. Exemples 7 et B. On comprise dans un cylindre sous la pression manométrique de 322 kg/cm des copeaux de pin de la nature de ceux utilises dans les Exemples 1 à 6. On relâche la pression pendant que les copeaux sont plongés (pour l'Exemple 7) dans une solution à 3% en poids du sel pentasodique de l'acide diéthylènetriaminepentaacétique, utilisée dans un rapport pondéral de 8:1 de la solution aux copeaux secs. Dans le cas de l'Exemple comparatif B, il nty a présence dans l'eau d'aucun agent chélatant. On exprime la liqueur de nouveau sous la pression manométrique de 32c kg/cm et on relâche la pression pendant que les copeaux sont plongés dans de l'eau avec un rapport pondéral ae 5:1 de l'eau aux copeaux sacs.Les copeaux de chacun des Exemples 7 et B sont réduits en pâte dans un raffineur à disques de laboratoire, puis tamisés et blanchis comme on l'a exposé plus haut dans l'Exemple 1. Les résultats obtenus sont exposés dans le Tableau II ci-dessous Tableau II. Blancheur après le premier et le se cond stade de blanchiment.. Exemple solvant 1 % de 11202 1 % d'hydrosulfite B (compa- Néant ratif) (à p11 = 5,0) 52,6 59,8 7 Eau/DTPA (à pH = 5,0) 56,0 61,6 1 ~ Eau avec 0,5 %, par rapport au poids des copeaux de bois sec, du sel pentasodique de l'acide diéthylènetriaminepentaacéti que; le pH est ajusté à 5,0 avec de l'acide sulfurique. Les exemples ci-dessus démontrent l'efficacité du présent procédé pour améliorer la blancheur d'une pâte mécanique normalement blanche avec difficultés. La blancheur additionnelle obtenue comme conséquence du prétraitement est extremement importante quand on pense que seulement quelques unités de différence de blancheur peuvent rendre une pâte donnée propre à être utilisée à fabriquer une variété de produit qui ne peut pas être fabriquée avec une pâte blanchie ne possédant pas le niveau de blancheur requis. REVENDICATIONS. 1. Un procédé de fabrication de pâtes de bois mécaniques prêtes au blanchiment, à partir de bois renfermant des corps chromogenes qui normalement gênent le blanchiment des pâtes mécaniques provenant de ces bois, procédé dans lequel le bois est traité sous la forme de copeaux dans lesquels les fibres du bois se trouvent sous forme de bois orienté, avec un solvant inerte pour dissoudre et éliminer de ces copeaux de bois ies corps chro mogènes, puis les copeaux de bois ainsi obtenus sont réduits mé- caniquement an pâte. 2. Le procède selon la revendication 1, dans lequel o utilise un agent chélatant en même temps que le solvant inerte, cet agent chélatant étant utilise a raison de 0,1 à 1 % en poids du poins des copeaux de bois secso 3. Le procédé selon la revendication l, dans lequel solvant inerte est utilisé à raison d'au moins 5 parties en poids par rapport au poids sec des copeaux de bois.