Brevet FR2505378A1 — publié le 19821112

Procédé de fabrication de papier, et plus particulièrement de carton ondulé, et produit en résultant La présente invention concerne un procédé de fabrication de papier, et plus particulièrement de papier servant de couche intermédiaire ("couche centrale ondulée") d'un carton ondulé, et le produit ainsi obtenu. Il est connu que les cartons ondulés, dans leur forme la plus simple, consistent en trois couches, à savoir deux couches externes formant les faces du carton et appelées "cartonnettes", et une couche intermédiaire ondulée connue dans ce domaine de la technique par l'expression de 'couche centrale ondulée". Dans le cas de cartons ondulés à cinq couches, on prévoit deux couches centrales ondulées, chacune d'entre elles étant disposée entre deux couches de cartonnette. Du fait que les cartons ondulés sont surtout utilisés L 5 dans le domaine de l'emballage, on sait également que les p:opriétés les plus importantes des couches individuelles composantes, quand il s'agit d'évaluer dans leur ensemble les cartons ondulés, sont constituées par la résistance à l'écra- sement (également appelée résistance au chiffonnage ou "Con- cora"), l'hydrophobie et la résistance à l'état humide. Dans le passé, le papier constituant la couche centrale ondulée était fabriqué à partir de paille, mais cette techno- logie est pratiquement abandonnée sur le plan mondial à la fois parce que les coûts de manutention de la paille sont devenus trop élevés (en particulier en ce qui concerne son transport et la main-d'oeuvre nécessaire) et du fait des problèmes de pollution provoqués par les effluents industriels provenant de cette matière première. Actuellement, les papiers utilisés pour la couche centrale ondulée sont produits au moyen de technologies utilisant des matières premières que l'on peut ranger pratiquement dans deux classes: a) papier à couche centrale ondulée produit à partir de mélanges de particules ou de copeaux de bois cuits au moyen de procédés chimiques ( 80 %) et de papier de récupération ( 20 %); ces papiers sont également appelés papiers "semi- chimiques" (ou papiers fabriqués à partir de pâte semi- chimique) et leur coût ne fait qu'augmenter du fait de la partie prédominante constituée par le matériau de valeur qui est le bois. b) papiers pour couche centrale ondulée produits à partir de mélanges de papier de récupération qui sont ensuite amélio- rés par un traitement de surface du papier obtenu au moyen d'amidons et de résines, permettant ainsi d'obtenir ce que l'on appelle les "cannelures". Dans ce cas également et en dehors de la qualité plus basse du papier obtenu, les coûts de fabrication augmentent non seulement en raison de la matière première que l'on utilise, mais également du fait des opérations additionnelles auxquelles il faut avoir recours. Il suffit d'observer que l'on ajoute l'amidon au papier lorsqu'il est déjà à l'état pratiquement sec, tel qu'il sort de la section de séchage, sous forme d'une couche de surface mince appliquée sous forme d'une solution aqueuse dont la concentration est d'environ 2 %, et que le papier traité doit être ensuite à nouveau séché, entraînant de ce fait une nouvelle consommation d'énergie. Il convient pour terminer de noter qu'en général, dans l'industrie papetière, les eaux effluentes qui résultent de l'attaque des particules de bois (également connues sous le nom de "liqueurs noires") constituent un problème très sé- rieux du point de vue de la pollution, et que leur traitement a un effet très négatif sur les coûts de fabrication. Le but principal de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication de papier, et en particulier du papier constituant la couche centrale ondulée de cartons ondulés, permettant soit d'utiliser une matière première moins coûteuse tout en maintenant au même niveau les proprié- tés de résistance à l'écrasement et d'hydrophobie, soit d'améliorer lesdites propriétés qui viennent d'être mention- nées en utilisant le même type et la même concentration de matières premières. Un but plus spécifique de la présente invention est de proposer un procédé du type sus-indiqué qui, dans le cas de papiers "semi-chimiques" et leurs propriétés physiques et mécaniques restant les mêmes, en particulier la résistance à l'écrasement, permet de réduire la teneur en pâte de bois. Un autre but plus spécifique de la présente invention est de proposer un procédé du type sus-mentionné qui, dans le cas du papier à "cannelures", permet d'augmenter la résistance à l'écrasement d'environ 20 %. Un autre but encore de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication de produits en papier améliorés, tels que des cartons, o la "rigidité" constitue une caractéristique importante sur le plan qualitatif. Ces buts, et d'autres, sont atteints au moyen d'un procé- dé de fabrication de papier, et plus particulièrement du papier constituant la couche centrale ondulée d'un carton ondulé, caractérisé en ce que le papier, à l'étape du séchage et ayant une teneur en matière sèche comprise entre 18 % et 92 %, est traité avec des liqueurs noires préalablement concen- trges à une valeur d'au moins 5 % par rapport à la quantité totale de matière sèche, le rapport entre les teneurs en matière sèche dans le papier et les teneurs en matière sèche dans les liqueurs noires après la concentration étant compris entre 50:10 et 92:10, et de préférence entre 50:10 et 80:10. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, la liqueur noire concentrée, avant d'être appliquée sur le papier, est complétée avec un faible pourcentage d'alcool, et de préférence d'alcool polyvinylique. On a en fait constaté que la propriété que possèdent les liqueurs noires d'améliorer les propriétés du papier traité est ainsi renforcée. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, lors- que les liqueurs noires sont prévues pour être utilisées pour le traitement de papier coloré, même de couleur pâle, ces liqueurs peuvent être soumises préalablement à un traitement de blanchiment et de séchage subséquent (par exemple au moyen de H 202) d'une manière connue en soi. En fait on a constaté de façon surprenante que les li- queurs noires qui jusqu'ici n'avaient pas d'utilisation ou seulement une utilisation limitée dans divers domaines tech- niques et ne constituaient en fait qu'un problème du point de vue de l'épuration des eaux effluentes-des industries papetiè- res, permettent d'obtenir des résultats indiqués ci-dessous quand elles sont appliquées sous forme d'une couche mince sur le papier en voie de séchage, à condition qu'elles aient été préalablement concentrées de manière que leur teneur en matière sèche soit d'au moins 5 % et de préférence comprise entre 30 et 50 %: 1) Dans le cas de papiers semichimiques ( 80 % de pâtes de bois et 20 % de pâte de papier de récupération), la résistance à l'écrasement (résistance au chiffonnage ou "Concora") est augmentée de plus de 20 %, ce qui permet d'utiliser un papier semi-chimique de grammage plus faible au mètre carré pour obtenir des cartons ondulés présentant la même résistance à l'écrasement. 2) En variante et dans le cas de papiers semi-chimiques, on peut modifier le rapport entre la pâte de bois et la pâte de papier de récupération en passant par exemple de 80:20 à 60:40 tout en conservant les mêmes propriétés physiques et chimiques et en particulier la résistance à l'écrasement. L'avantage économique va de soi si l'on tient compte du fait que lorsqu'on utilise une pâte de papier de récupération au lieu de pâte de bois on fait une économie de 30 à 50 %. 3) Dans le cas de papiers à "cannelures" o jusqu'à maintenant on obtenait la résistance à l'écrasement nécessai- re en appliquant de l'amidon ou des résines, non seulement on économise de l'énergie (dans le sens indiqué ci-dessus) et des matières premières du fait que les amidons et les résines sont plus coûteux que les liqueurs noires, mais on obtient également de meilleurs résultats en ce qui concerne l'augmen- tation de la résistance à l'écrasement Dans ce mode de réalisation spécifique, il est préférable que la concentra- tion des liqueurs noires soit plus forte et de l'ordre de 40 à 50 %. 4) Dans le cas de produits de papier dans lesquels l'ef- fet de "rigidité" est important en ce qui concerne la qualité, et de ce fait le prix du produit (comme par exemple celui des cartons utilisés pour des emballages industriels, ou des couches qui ne sont pas blanches et qui sont utilisées pour ces cartons), on peut obtenir un produit amélioré pour un coût plus faible. 5) Grâce au procédé selon l'invention, les installations de fabrication de papier et de cellulose à partir de paille sont à nouveau valables sur le plan industriel du fait que le problème des effluents et de la pollution qui en découle peut être résolu avec avantage. Dans le passé, on a à plusieurs reprises essayé de réutili- ser ou de recycler les liqueurs noires, mais ces essais consistaient seulement à ajouter les liqueurs noires à la suspension aqueuse de fibres avant la formation de la feuille de papier sans aucune étape de concentration préalable: ces essais étaient pratiquement inutiles, bien qu'on ait pu augmenter le grammage au mètre carré, du fait que les proprié- tés physiques et mécaniques du papier obtenu étaient moins bonnes. Au contraire, la caractéristique avantageuse et tout à fait surprenante du procédé de l'invention, en dehors du fait qu'elle est nouvelle, consiste en ce que lorsqu'on enduit le papier, qui a déjà été séché de façon optimale en ce qui concerne sa teneur en humidité résiduelle, avec les liqueurs noires qui sont également préalablement concentrées, le produit résultant est nettement amélioré sur le plan quali- tatif. A cet égard, des essais réels ont démontré qu'une diffé- rence de teneur en humidité comprise entre 20 et 30 % est nécessaire pour obtenir les résultats désirés: en d'autres termes, si la teneur en humidité résiduelle du papier est d'environ 30 %, il suffit que les liqueurs noires soient concentrées au maximum à 50 % pour obtenir les meilleurs résultats. On a réalisé des essais de résistance à l'écrasement, du type connu par l'expression "Essai d'écrasement à plat" (désigné ciaprès par l'abbréviation "FCT" correspondant à "Flat Crush Test") sur un carton ondulé comprenant des doublu- res ou cartonnettes externes en papier kraft de 125 g/m 2, une couche centrale ondulée constituée par un papier semi-chimique de 130 g/m 2, et une couche interne de cartonnette de 125 g/m 2. Quatre échantillons (échantillons A) de carton ondulé dont la couche centrale ondulée n'avait pas été traitée avec des liqueurs noires, et quatre échantillons (échantillons B) du même carton ondulé dont le papier constituant la couche centrale ondulée avait été traité avec 10 % de liqueurs noires concentrées, ont été soumis à l'essai FCT et ont donné les résultats suivants: A B Poids moyen 448 448 Essai d'écrasement FCT 151 188 Dans ce cas, l'augmentation en pourcentage de la résistan- ce à l'écrasement est supérieure à 24 % Sans imposer de limites inutiles à la présente invention, il semble plausible d'accepter l'hypothèse selon laquelle les liqueurs noires, du fait de l'étape de concentration, acquièrent la faculté de se cristalliser et de se polymériser (en fonction de la nature des composants) sur la surface du papier en cours de traite- ment, déterminant ainsi l'effet déjà mentionné de frigidité', selon les mêmes proportions ou plus que lorsqu'il s'agit d'agents de traitement classiques, mais présentant les avanta- ges précédemment mentionnés. A cet égard, il semble raisonnable de supposer que les meilleurs résultats qui sont obtenus avec les liqueurs noires peuvent être attribués à une plus forte compatibilité avec les substances fibreuses traitées au moyen de ces liqueurs. En ce qui concerne la préparation des liqueurs noires utilisées dans le cadre de la présente invention, on effectue le lavage et l'essorage des particules ou des copeaux de bois après la cuisson chimique, cette opération étant répétée le nombre de fois qui convient le mieux; le même traitement est appliqué à la pâte obtenue après l'opération de raffinage à laquelle on soumet les copeaux mentionnés, les liqueurs noires en résultant étant récupérées et combinées. En ce qui concerne les liqueurs noires qui sont utilisées dans le cadre de la présente invention, on envisage non seulement celles résultant des traitements de cuisson semi- chimique et chimique de plantes annuelles ou multi-annuelles, en tant que sous-produits de la fabrication du papier et/ou de la cellulose, mais également les liqueurs noires fabriquées exprès à partir de plantes ou de rebuts de plantes annuelles ou multi-annuelles (telles que des pailles de natures diver- ses, des cannes, etc)? des déchets de scieries, des sannents de vigne, des sciures et de façon générale des poudres de bois. Dans ce dernier cas, ces matières premières sont attaquées chimiquement avec des solutions soit acides soit basiques, l'attaque chimique étant réalisée pour obtenir une quantité maximale de liqueurs noires, alors que la cellulose ou l'hémi- cellulose, également utiles dans l'industrie papetière, sont obtenues en tant que sous-produits. Les liqueurs noires sont alors passées dans une unité de concentration comprenant deux ou plusieurs étages (en fonc- tion du degré de concentration désiré). Il est clair que plus la concentration résultante est élevée, plus l'utilisation des liqueurs noires résultantes est économique du fait de la réduction de consommation d'éner- gie nécessaire au séchage du papier traité. Comme déjà mentionné, un degré de concentration de 5 % suffit déjà pour atteindre les buts fixés par l'invention. Cependant et spécialement quand ce sont des papiers à "cannelures" qui sont traités, il convient de pousser la concentration des liqueurs noires à des valeurs comprises entre 40 et 50 %. Il est bien connu que les liqueurs noires sont produites dans les usines de fabrication de papiers chimiques ou semi- chimiques à base de bois. Elles peuvent être utilisées à nouveau dans les mêmes usines à papier, ou même utilisées dans des usines à papier produisant du papier à 'cannelures", c'est-à-dire à partir de pate à papier de récupération Dans ce dernier cas, la concen- tration des liqueurs noires est naturellement portée à un taux d'au moins 35 à 40 % en vue d'économiser les frais de transport. Les liqueurs noires obtenues, dont le degré de viscosité et la consistance sont plus ou moins élevés en fonction du degré de concentration, sont appliquées sur le papier au cours de l'étape de séchage au moyen de rouleaux enducteurs, ou de tout autre dispositif approprié en fonction du type des liqueurs noires. L'enduction du papier peut s'effectuer sur une surface ou les deux surfaces, ou entre une feuille et l'autre dans le cas de papier doublé, de cartons et de cartonnages, en utili- sant des machines connues d'accouplement, de couchage et d'imprégnation. On a également indiqué que l'adjonction d'alcools (en particulier d'alcool polyvinylique) même selon de faibles pourcentages de l'ordre de 0,2 à 0,3 % en poids par rapport au poids du papier dans les liqueurs noires concentrées permet d'améliorer leur comportement en tant qu'additif d'améliora- tion des qualités de base du papier traité. On notera pour terminer, et comme déjà indiqué au sujet des essais mentionnés, qu'il faut choisir la source des liqueurs noires en fonction des résultats principaux recher- chés. Par exemple, alors que les liqueurs noires obtenues à partir de plantes multi-annuelles par une cuisson semi- chimique ou au sulfate de soude permettent surtout d'obtenir une amélioration de la résistance à l'écrasement, celles que l'on obtient à partir de plantes annuelles (pailles et analo- gues) au moyen des mêmes traitements de cuisson permettent surtout d'obtenir une amélioration de la résistance à l'écla- tement, les premières étant plus avantageuses pour le traite- ment de papiers utilisés en tant que couches intermédiaires ondulées alors que les secondes sont utiles en tant que "cartonnettes". Finalement, la cuisson du type bisulfite de plantes multi-annuelles permet d'obtenir des liqueurs noires qui augmentent qualitativement la résistance à l'écrasement et la résistance à l'éclatement sans que l'une quelconque de ces deux améliorations soit sensiblement supérieure à l'autre. Les papiers et cartons obtenus au moyen du procédé décrit font également l'objet de la présente invention du fait que ces papiers et cartons, leur teneur en pâte de bois étant la même, possédant de meilleures propriétés concernant leur résistance à l'écrasement et leur résistance à l'humidité. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication de papier, caractérisé en ce qu'on applique sur le papier en voie de séchage et dont la teneur en humidité n'est pas supérieure à 50 % un revêtement de surface au moyen de liqueurs noires qui ont été préalable- ment concentrées à au moins 5 %. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport entre la teneur en matière sèche du papier et la teneur en matières sèches des liqueurs noires après concentra- tion est compris entre 50:10 et 92:10. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit rapport est compris de préférence entre 50:10 et :10. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour traiter un papier semi-chimique pour augmenter sa résistance à l'écrasement. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il permet à un papier semi-chimique ayant une teneur en pâte de bois réduite de conserver après traitement la même résistance à l'écrasement. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit papier semi-chimique a une teneur en pâte de bois qui ne dépasse pas 60 %, la partie restante étant constituée par de la pâte de papier de récupération. 7 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour traiter du papier entièrement fabriqué à partir de pâte de papier de récupération est en ce que lesdites liqueurs noires sont préalablement concentrées entre et 50 %. 8 Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caracté- risé en ce qu'il est utilisé pour fabriquer le papier consti- tuant la couche centrale ondulée destinée à un carton ondulé. 9 Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caracté- risé en ce qu'il est utilisé pour produire des cartons et cartonnages. 10 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites liqueurs noires concentrées sont complétées avec un alcool. 11 Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit alcool est de l'alcool polyvinylique. 12 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites liqueurs noires sont soumises à traitement de blanchiment. 13 Papier et carton obtenus grâce au procédé selon l'une des revendications 1 à 12.