Brevet FR2502657A1 — publié le 19821001

La présente invention concerne le traitement de la fibre d'une pâte cellulosique par lequel la feuille ou le carton classique de pâte formé sur une machine de fabri- cation du papier, qui est normalement très difficile à réduire en fibres, est modifiée de manière que la feuille ou le carton résultant soit aisément divisé en fibres par des moyens mécaniques. L'invention a plus particulièrement trait à un procédé de disjonction de la fibre impliquant l'imprégnation de la fibre d'une pâte cellulosique avec une composition comprenant un surfactant cationique et un diméthylamide d'un acide carboxylique contenant 12 à 18 ato- mes de carbone. Des feuilles continues de matière cellulosique pelucheuse sont couramment produites par réduction mécani- que en fibres de feuilles séchées de carton de pâte et feutrage à l'air des fibres résultantes. Pour de nombreuses applications, le carton de pâte est bien adapté à la trans- formation en une bourre et, en outre, il ne coûte pas cher et sa manutention est aisée. L'action mécanique impliquée dans la réduction en fibres tend toutefois à rendre pous- siéreuses les feuilles continues de bourre et, si elle n'a pas été gaufrée ou enveloppée, la bourre tend à être exces- sivement poussiéreuse, c'est-à-dire à contenir une quantité indésirable d'éléments fins. De plus, les procédés mécani- ques de réduction en fibres impliquent la dépense d'une grande quantité d'énergie. L'utilisation comme agents de disjonction des fibres de nombreux composés définis au sens large comme étant des surfactants cationiques a été suggérée en vue de pallier les inconvénients inhérents aux procédés mécaniques de réduction en fibres. Aucun des procédés jusqu'à présent suggérés comme moyen de remédier à ces inconvénients n'a toutefois donné entière satisfaction. Certains surfactants produisent un moussage, d'autres sont irritants et beaucoup d'entre eux exercent un effet nuisible sur les propriétés hydrophiles du produit final. Une solution aux problèmes exposés ci-dessus est donnée dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N0 3 395 708, qui révèle l'utilisation d'une classe particulière d'agents cationiques de rupture de la liaison pour former une feuille de pâte mécanique prompte à la subdivision. Bien qu'il soit vrai que certains avantages résidant dans la facilité de subdivision et dans les caractéristiques du produit feutré à l'air résultant proviennent de l'utilisation des agents cationiques de disjonction révélés par le brevet précité, les agents cationiques de disjonction, par exemple le chlo- rure de diméthyl-dihydrogéno-suif d'ammonium quaternaire, facilitent la subdivision d'une feuille de pâte mécanique au désavantage considérable tant de la vitesse d'absorption que de la capacité totale d'absorption des produits feutrés à l'air subséquents. Bien qu'une feuille de pâte mécanique non imprégnée de surfactant soit difficile à subdiviser ou à réduire en fibres dans la préparation de masses fibreuses transportées par l'air devant être déposées sur des milieux perforés dans le procédé de feutrage à l'air, les caracté- ristiques tant de la vitesse que de la capacité d'absorption d'une bourre feutrée produite à partir de telles matières sont, en fait, supérieures à celles d'une bourre préparée à partir de feuilles de pâte mécanique imprégnées d'un agent cationique de disjonction. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N0 3 554 862 fait connaître un procédé par lequel une feuille fibreuse de pâte mécanique est rendue aisément réductible en fibres par disjonction partielle des fibres de la feuille adhérant normalement d'elles-mêmes par imprégnation d'une suspension de la pâte mécanique avec un surfactant cationique à longue chaîne, formation d'une feuille à partir de la suspension et séchage de la feuille. Une réduction mécanique subséquente en fibres de cette feuille de pâte sèche produit une bourre molle avec un minimum de particules résiduelles indésirables et un minimum d'altération des fibres. Cette bourre est feutrée à l'air pour former des feuilles continues ayant de bonnes propriétés d'élasticité, d'absorption de l'humidité et de résistance mécanique. Les surfactants jugés utiles comme agents de séparation des fibres sont des surfactants cationiques à longue chaîne ayant au moins 12 atomes de carbone dans au moins une chaîne alkylique, et des exemples représentatifs de ces surfactants sont des sels de dialkyl- amine quaternaire grasse, des sels de mono-alkylamine tertiaire grasse, des sels d'amines primaires et des sels d'alkylamine grasse non saturés. Lorsqu'un surfactant cationique est ajouté à une suspension de pâte, il est attiré par les fibres cellulo- siques chargées négativement. L'adsorption du composé cationique à la surface laisse les chatnes hydrocarbonées exposées et le mince revêtement hydrophobe empêche le développement étendu de liaisons fibre-à-fibre. La sépara- tion mécanique des fibres de la pâte séchée est ainsi facilitée. Toutefois, ce film hydrophobe à la surface de la fibre réduit également le pouvoir d'absorption de l'eau de la cellulose normalement très hydrophile. Cette réduc- tion du pouvoir absorbant est indésirable lorsqu'une bourre produite- à partir de la pâte doit être utilisée dans des produits qui sont supposés être très absorbants, tels que des couches et d'autres produits pour l'hygiène. Bien que la mouillabilité des fibres de cette bourre puisse être améliorée par un traitement subséquent avec un agent mouil- lant, cela nécessite une opération séparée additionnelle. Le principal objet de la présente invention est donc de trouver une composition et un procédé utiles comme moyen de séparation des fibres d'une bourre de cellulose qui apporte un remède aux inconvénients de l'art antérieur. Un autre but de la présente invention est de trouver une composition et un procédé utiles comme moyen de séparation de la fibre d'une bourre cellulosique, qui soit efficace dans une large plage de concentrations et d'environnements physiques. D'autres caractéristiques et avantages des procédés et des compositions de l'invention ressortiront de la des- cription détaillée qui va suivre, illustrant à titre non limitatif certaines formes de réalisation de l'invention. En bref, on a découvert que l'addition d'une quantité relativement faible d'une composition contenant un N,N-diméthylamide d'un acide carboxylique à chaîne droite et un surfactant cationique à des fibres humides de pâte cellulosique était très efficace comme moyen de séparation des fibres et qu'une composition de ce type exerçait peu ou n'exerçait pas d'effet nuisible sur les propriétés hydro- philes desdites fibres. Avant d'aborder la description d'exemples repré- sentatifs de l'invention, il convient de définir en général la nature des matières impliquées dans le procédé. Des N,N-diméthylamides d'acides carboxyliques convenables sont préparés à partir d'acides carboxyliques à chalne droite contenant 12 à 18 atomes de carbone. Bien que tout acide carboxylique contenant 12 à 18 atomes de carbone puisse être utilisé avantageusement dans le procédé de l'invention, on préconise l'utilisation de ceux qui contiennent 18 atomes de carbone, attendu que ces acides sont faciles à obtenir en grandes quantités à des prix avantageux. Ces acides préférés sont en outre caractérisés en ce qu'ils présentent au moins une double liaison carbone- à-carbone. Des exemples représentatifs d'acides entrant dans cette catégorie comprennent les acides oléique, lino- léique, linolênique, ricinoléique et leurs mélanges. On peut aussi utiliser avantageusement les acides mixtes con- tenus dans le tall oil, l'huile de ricin, l'huile de mais, l'huile de graines de cotonnier, l'huile de lin, l'huile d'olive, l'huile d'arachide, l'huile de colza, l'huile de tournesol, l'huile de sésame et l'huile de soja. Un mélange d'acides carboxyliques particulièrement avantageux à utiliser dans la présente invention est le mélange d'acides gras du tall oil que'l'on trouve dans le commerce sous la marque déposée Unitol ACD Special. La composition représentative de ce produit est la suivante: TABLEAU Analyse représentative Acides gras, % 97,5 Acides de la colophane, % 1,0 Insaponifiables, % 1,5 Acide linoléique, % 45,1 Acide oléique, % 49,5 Acide saturé, % 1,6 Indice d'acide 195,0 Indice de saponification 197,0 Couleur,Gardner 3,0 Densité à 25 C/25 C 0,902 Titre, C 2,0 Point d'éclair, C 193,3 Point d'inflammation, C 217,2 Les N,N-diméthylamides de ces acides gras du tall oil seront parfois appelés DMA dans ce qui suit. Des surfactants cationiques avantageux à utiliser dans la présente invention comprennent ceux dont le carac- tère est aliphatique, carbocyclique ou hétérocyclique. On considère également les bases ou leurs sels. Des exemples représentatifs de surfactants catio- niques qui se sont montrés particulièrement avantageux à utiliser dans la présente invention sont les suivants: chlorure de mono-sojatriméthylammonium chlorure de mono-coprah-triméthylammonium chlorure de mono-(huile de graines de cotonnier)- triméthylammonium chlorure de monostéaryltriméthylammonium chlorure de mono-oléyltriméthylammonium chlorure de di-(suif hydrogéné)diméthylammonium chlorure de dilauryldiméthylammonium chlorure de monopalmityltriméthylammonium chlorure de distéaryldiméthylammonium chlorure de di-coprah-diméthylammonium chlorure de myristyldiméthylbenzylammonium chlorure de di-soja-méthylbenzylammonium chlorure de di-oléylméthylbenzylammonium chlorure de mono-(suif hydrogéné)-triméthyl- ammonium chlorure de méthylbis-(2-hydroxyéthyl)-coprah- ammonium chlorure de méthylpolyoxyéthylène-(15)-coprah- ammonium chlorure de (alkyle en C12 à C18)-diméthylbenzyl- ammonium chlorure de (alkyle en C12 à C18)-triméthyl- ammonium acétate d'hexadécylamine acétate d'octadécylamine acétate de coprah-amine acétate de suif-amine acétate de di-(suif hydrogéné)-amine En ce qui concerne la quantité des deux composants formant la composition de séparation des fibres de l'inven- tion, cette quantité peut varier comme suit: 10 à 90 % en poids du surfactant cationique et 90 à 10 % en poids du diméthylamide de l'acide carboxylique. On a trouvé d'une façon générale que d'excellents résultats de séparation des fibres étaient obtenus lorsque la composition de séparation des fibres était utilisée en une quantité variant d'environ 0,1 à 2,0 parties pour 100 parties de fibres de pâte cellu- losique sur la base du poids sec desdites fibres. Naturelle- ment, il y a lieu de remarquer que de plus grandes quantités peuvent être utilisées, mais cela n'est généralement pas désirable parce que les frais sont élevés sans apporter d'autres résultats bénéfiques proportionnés. Les exemples suivants sont donnés de façon à rendre encore plus claire la nature de l'invention. Toute- fois, il y a lieu de remarquer que l'invention n'est pas limitée aux conditions ou aux détails particuliers indiqués dans ces exemples, sauf spécification contraire. Les additifs de l'invention ont été utilisés dans le traitement d'une pâte kraft de pin blanchie par voie humide, sous la formne d'une suspension aqueuse, avec une consistance de la pâte de 0,5 %. Des feuilles d'essai ont été formées à partir de la pâte sur une machine de labora- toire, ces feuilles mesurant 20 cm x 20 cm et ayant une force de 120 g/m2. Après que les feuilles ont été formées, pressées et séchées par un procédé normalisé, l'effet de séparation des fibres a été évalué par détermination de la force de liaison interne fibre-à-fibre de ces feuilles au moyen d'un appareil de mesure de liaison interne Scott du type décrit dans TAPPI UM-403. L'effet sur l'hydrophilité de la pâte a été évalué par mesure de l'absorption d'eau par ces feuilles selon la méthode Klemm décrite dans SCAN P-13:64. L'effet de séparation des fibres a été exprimé par un pourcentage calculé comme suit: (Liaison interne de la feuille Facteur de d'essai traitée) liaison interne Liaison interne de la feuille x 100 d'essai non traitée Ainsi, la pâte non traitée doit avoir un facteur de liaison interne égal à 100 et la pâte dont les fibres sont séparées doit avoir des facteurs de liaison interne inférieurs à 100; le degré de séparation des fibres qui est atteint est d'autant plus grand que ce facteur est plus faible. L'effet des additifs sur l'absorption de l'eau, tel que mesuré par l'essai Klemm, est exprimé par la hauteur (mm) que l'eau atteint dans une bande verticale de la feuille d'essai à un moment déterminé (10 minutes) après que la bande a été plongée dans l'eau sur une longueur de 10 mm. D'après ces valeurs données par l'essai Klemm, on calcule un pourcentage d'après l'équation suivante, à des fins com- paratives: (mm d'absorption d'eau de la feuille Facteur d'hydro- d'essai traitée) philité mm d'absorption d'eau de la feuille x 100 d'essai non traitée Ainsi, la pâte non traitée doit avoir un facteur d'hydrophilité égal à 100. Des facteurs d'hydrophilité infé- rieurs à 100 indiquent une perte d'absorption de l'eau; la perte d'absorption d'eau est d'autant plus grande que ce facteur est plus faible. Exemple 1 L'additif A a été préparé par mélange de 50 % en poids de DMA avec 50 % en poids d'une solution à 80 % en poids de chlorure de n-alkyl-(50 % de C14, 40 % de C12, 10 % de C16)-diméthylbenzylammonium. L'additif A contient donc 50 % de DMA et 40 % de surfactant cationique. A des fins de comparaison, les composants de l'additif A ont été éprouvés individuellement comme additifs de séparation des fibres. L'additif B était composé seulement de DMA et l'additif C était composé seulement de la solution à 80 % de chlorure de n-alkyldiméthylbenzylammonium définie ci- dessus. Le tableau I indique les résultats obtenus avec ces trois additifs lorsqu'ils ont été éprouvés par les méthodes d'essai indiquées ci-dessus. Les taux de traitement sont exprimés par un pourcentage en poids sur la base du poids sec de la pâte. TABLEAU I Additif Taux de Facteur de Facteur d'hydro- traitement (%) liaison interne philité Néant --- 100 100 A 0,5 53 98 B 0,5 100 95 C 0,5 100 80 Ces résultats montrent que l'additif A est un bon agent de disjonction, réduisant la force de liaison interne de la pâte traitée à 53 % de la force de la pâte non traitée initiale. Toutefois, les composants de l'additif A, c'est-à- dire les additifs B et C, n'ont exercé aucun effet de dis- jonction lorsqu'ils ont été utilisés séparément pour le traitement de la pâte. Par conséquent, un véritable syner- gisme est mis en évidence entre les deux composants essen- tiels des additifs de l'invention. Exemple 2 On a préparé l'additif D en mélangeant 50 parties en poids de DMA avec 50 parties en poids d'une solution active à 75 % de chlorure de di-(suif hydrogéné)-diméthyl- ammonium. Ce composé est une substance du commerce vendue sous la marque déposée Arquad 2HT75, révélée dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N0 3 395 708 et utilisée comme agent de séparation des fibres dans la production d'une bourre cellulosique. Ainsi, l'additif D contenait 50 % de diméthylamides et 37,5 % de surfactant cationique. A des fins coaparatives le produit Arquad 2HT75 a été utilisé séparément dans les essais de l'invention, o il est appelé additif E. Le tableau Il reproduit les résultats obtenus avec ces deux additifs. L'additif B, décrit dans l'exemple 1, est l'autre composant de l'additif D et les résultats obtenus avec lui sont répétés sur le tableau II à des fins de compa- raison. TABLEAU II Additif Taux de Facteur de Facteur d'hy- traitement (%) liaison interne drophilité Néant --- 100 100 D 0,5 42 80 E 0,5 49 54 B 0,5 100 95 Les résultats démontrent que l'association d'un chlorure d'ammonium quaternaire utilisé dans le commerce comme agent de disjonction avec le DMA conformément à l'en- seignement de la présente invention produit un très bon effet de disjonction. De même, l'absorption de l'eau par la pâte traitée avec ces substances en association est bien meilleure que celle de la pâte traitée avec le produit utilisé dans le commerce. Exemples 3 à 15 Plusieurs additifs ont été préparés conformément à l'invention avec les N,N-diméthylamides dérivés de divers acides gras et en utilisant divers surfactants cationiques. On a fait varier également la proportion des N,N-diméthyl- amides par rapport au surfactant cationique. Les résultats des essais portant sur tous ces additifs sont indiqués sur le tableau III. La composition des additifs est indiquée ci- dessous. Additif F: % de DMA % de chlorure de monostéaryltri- méthylammonium % de solvant Additif G: Additif H: % de DMA % de chlorure ammonium % de solvant % de DMA 38 % de chlorure ammonium 12 % de solvant de mono-soja-triméthyl- de di-coprah-diméthyl- Additif I: Additif J: Additif K: Additif L: Additif M: Additif N: Additif P % de DMA 27 % de chlorure de (alkyle en C16)- diméthylbenzylammonium 23 % de solvant 33 % de DMA 54 % de chlorure de n-alkyldiméthyl- benzylamnmonium de l'exemple 1 13 % de solvant % de DMA 64 % de chlorure de n-alkyldiméthyl- benzylammonium de l'exemple 1 16 % de solvant 67 % de DMA 27 % de chlorure de n-alkyldiméthyl- benzylammonium de l'exemple 1 6 % de solvant % de DMA 16 % de chlorure de n-alkyldiméthyl- benzylammonium de l'exemple 1 4 % de solvant % de N,N-diméthylamides d'acides formés comme sous-produits dans la dimérisation d'acides gras du tall oil % de chlorure de n-alkyldiméthyl- benzylammonium de l'exemple 1 % de solvant : 50 % de N,N-diméthylamides d'acides gras de l'huile de soja % de chlorure de n-alkyldiméthyl- benzylammonium de l'exemple 1 % de solvant Additif Q: % de N,Ndiméthylamides d'acide oléique % de chlorure de n-alkyldiméthyl- benzylammonium de l'exemple 1 % de solvant Additif R Additif S : 50 % de DMA % d'acétate de bis-(2-hydroxy- éthyl)-oléylamine : 50 % de DMA % d'acétate de coprah-amine TABLEAU Exemple Additif Taux de traitement 3 F 0,5 4 G 0,5 H 0,5 6 I 0,5 7 J 0,5 8 K 0,5 9 L 0,5 M 0,5 11 N 0,5 12 P 0,5 13 Q 0,5 14 R 0,5 S 0,5 Facteur de Facteur (%) liaison interne d'hydro- -_ philité 39 93 43 95 34 107 43 105 98 57 95 53 95 61 95 88 49 88 80 83 83 Les exemples 3 à 6 démontrent que divers composés d'ammonium quaternaire constituent des surfactants cationi- ques convenables dans la présente invention. Les exemples et 6 montrent également qu'un traitement avec des additifs de l'invention améliorent parfois l'hydrophilité par rapport à celle de la pâte initiale. Les exemples 7 à 10 démontrent que les rapports des deux composants essentiels peuvent varier entre de larges limites et produire encore un effet correct de disjonction. Les exemples 11 à 13 démontrent que des N,Ndiméthylamides de divers acides gras conviennent aux fins de l'invention. Les exemples 14 et 15 montrent que des surfactants cationiques autres que des composés d'ammo- nium quaternaire conviennent également aux fins de l'inven- tion. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, que de nombreuses modifications peuvent y être apportées sortir de son cadre. et sans REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de la fibre d'une pâte cellulosique pour réduire la liaison entre fibres de façon à conférer un faible degré de résistance mécanique à des bandes continues formées à partir de cette fibre, tout en préservant de bonnes propriétés hydrophiles de ladite fibre, caractérisé en ce qu'il consiste à ajouter à la suspension de fibre de la pâte cellulosique avant ou pendant la trans- formation de cette suspension en une bande continue, un mélange comprenant 10 à 90 % en poids d'un surfactant catio- nique et 90 à 10 % en poids d'un diméthylamide d'un acide carboxylique à chaîne droite renfermant 12 à 18 atomes de carbone, en une quantité allant de 0,1 à 2,0 parties pour parties de ladite fibre de pâte cellulosique sur la base du poids sec de la fibre. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'acide carboxylique à chaîne droite est l'acide laurique, l'acide myristique, l'acide palmitique, l'acide linoléique, l'acide linolénique, l'acide oléique, l'acide ricinoléique ou l'acide stéarique. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'acide carboxylique à chaîne droite est un mélange d'acides carboxyliques à chaîne droite contenant 18 atomes de carbone et présentant au moins une double liaison carkDne- à-carbone. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'acide carboxylique à chaîne droite est un mélange d'acides dérivés du tall oil et/ou de l'huile de soja. 5. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'acide carboxylique à chaîne droite est l'acide formé comme sous-produit dans la dimérisation des acides gras du tall oil. 6. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le surfactant cationique est un chlorure d' (alkyle en C12 à C18)diméthylbenzylammonium ou d' (alkyle en C12 à C18)-triméthylammonium. 7. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le surfactant cationique est un chlorure de di- (alkyle en C12 à C18)-diméthylammonium ou de di-(alkyle en C12 à C18)-méthylbenzylammonium. 8. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le surfactant cationique est un sel d'alkylamine primaire ou secondaire. 9. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'acide carboxylique à chalne droite est un mélange d'acides dérivés du tall oil et le surfactant cationique est le chlorure d'hexadécyldiméthylbenzylammonium ou le chlorure d'hexadécyltriméthylammonium. 10. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'acide carboxylique à chaine droite est un mélange d'acides dérivés d'huile de soja et le surfactant cationique est le chlorure d'hexadécyltriméthylammonium ou le chlorure d'hexadécyldiméthylbenzylammonium.