Brevet FR2539155A1 — publié le 19840713

La présente invention a trait au traitement de copeaux de bois pour la fabrication de pate à papier chimicothermomécanique, appelée pâte CTM. On s'est mis à utiliser de plus en plus de la pâte chimico-thermomécanique, appelée pâte CTM, au lieu de pâtes chimiques dans de nombreux produits en vue d'améliorer le rendement à partir de matières premières disponibles en quantités limitées. Avant raffinage, on soumet usuellement les copeaux de bois à une série de traitements comportant le lavage des copeaux, le repassage à-la vapeur, l'imprégnation sous pression et le préchauffage. L'agent d'imprégnation habituel est un sulfite neutre à base de sodium, bien qu'on puisse aussi utiliser un sulfite à base d'ammonium. On a aussi déjà proposé le traitement d'imprégnation en deux étapes, consistant à opérer une pré-imprégnation après le prépassage à la vapeur mais avant le lavage des copeaux de bois, suivi dans ce cas d'un essorage avant l'imprégnation finale. Par rapport aux pâtes thermomécaniques, ou pâtes TM, qui n'ont pas subi de modification chimique avant raffinage, la pâte CTM présente certaines caractéristiques améliorées. Ceci a pour effet de réduire la teneur en bûchettes et d'augmenter la teneur en fibres longues, ce qui se manifeste par une plus haute résistance à la traction et à la déchirure. Il est toutefois souhaitable de pouvoir encore réduire la teneur en bûchettes et augmenter la teneur en fibres longues. I1 en est notamment ainsi lorsqu'il faut obtenir un haut rendement en pâte convenant comme carton d'emballage de liquides ou comme mousse de cellulose. Une excellente transparence est aussi nécessaire dans ce dernier cas, bien que ceci soit moins important pour le carton d'emballage de liquides.Si l'on souhaite pouvoir utiliser une seule et même installation pour la fabrication de pâtes destinées à des usages différents, il est aussi souhaitable de pouvoir régler le traitement individuel de façon que la pâte acquière, pour chaque application, la combinaison de caractéristiques souhaitée. Il est aussi souhaitable de pouvoir traiter les copeaux de bois de manière uniforme, ce qui permet d'obtenir après l'opération de raffinage une pâte raffinée plus homogène. On peut atteindre dans une très grande mesure ces buts; ainsi que d'autres, par une imprégnation plus efficace et par traitement chimique appliqué à la pâte avant raffinage, résultat qu'on peut obtenir suivant l'invention en soumettant les copeaux de bois à une étape intermédiaire de maintien à une température non inférieure à 500C pendant un temps d'au moins 10 minutes après prépassage à la vapeur, pré-imprégnation par H2O et/ou une solution de sulfite, lavage et séchage, mais avant l'imprégnation finale, le préchauffage et le raf- finage. La solution de sulfite, qui est normalement une solution de sulfite de sodium, a de préférence un pH de 4 à 11. Ce traitement provoque un relèvement notable de la teneur en fibres longues, ce qui est bénéfique à la fois pour la rnousse de cellulose et le carton et pour tous les papiers devant présenter une haute résistance à la déchirure. I1 apparaît une réduction simultanée de la teneur en bûchettes qui, comme l'augmentation de la teneur en fibres longues, semble attribuable à ce qu'en maintenant la pâte chaude avant le traitement d'imprégnation finale on facilite l'exposition des fibres en sorte que celles-ci subissent moins de dommages pendant le raffinage. De plus la pâte devient plus ferme, ce qui est une autre propriété souhaitable pour les pâtes à carton En outre, la teneur en résine de la pâte est aussi réduite par ce traitement. On a procédé à des expériences lors desquelles on a fait varier la quantité de sulfite ajoutée pendant les étapes de pre-impregnation et d'imprégnation finale, et l'on a en outre étudié les effets obtenus lorsqu'on n'ajoute pas de produits chimiques avant lavage des copeaux de bois Les résultats de ces recherches donnent à penser que la teneur en bûchettes dépend de la quantité de produits chimiques ajoutés, mais que l'étape du traitement à laquelle on ajoute les produits chiniques est moins importante. Néanmoins, il existe bel et bien un certain risque de réduire la transparence si l'on ajoute tout le sulfite pendant l'étape d'imprégnation finale, sans en ajouter du tout lors du lavage des copeaux. Pour maintenir les copeaux de bois chauds suivant l'invention pendant l'étape intermédiaire prévue entre le lavage des copeaux et l'imprégnation finale on peut choisir parmi un certain nombre de méthodes différentes. Suivant un mode de mise en oeuvre préféré, on traite les copeaux à la vapeur dans un récipient de traitement à la vapeur sous pression atmosphérique. Le traitement peut aussi avoir lieu sous pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique. Une autre variante possible consiste à chauffer les copeaux pendant ou après lavage et avant de les transférer dans le récipient de réaction intermédiaire, où on les maintient à la température de chauffage adoptée.Par conséquent le récipient peut être éventuellement isolé. I1 est aussi possible de combiner les deux procédés Comme déjà indiqué, la température maintenue à l'intérieur du récipient de réaction intermédiaire est d'au moins 500C. La température peut etteindre un maximum de 990C sous pression atmosphérique, mais peut être portée à environ 1050C pour une pression maximale supérieure de 20 kPa à la pression atmosphérique. I1 semble que la température optimale soit comprise entre 60 et 850C sous pression atmosphérique. On peut aussi faire varier le temps de séjour dans le récipient précité Le temps optimum est un temps de 30 à 70 minutes, au cours duquel le sulfite a la possibilité de pénétrer profondément dans les copeaux et de réagir avec le bois au moment même où celui-ci est ramolli par la chaleur. D'autres aspects caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront clairement de la description donnée ci-dessous des essais que l'on a effectués. Au cours de la description donnée ci-dessous des essais effectués, on se réfèrera aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une représentation schématique d'une installation pour la fabrication de pâte CTt7 à laquelle on a appliqué le traitement de copeaux de bois suivant l'invention; - la figure 2 est un diagramme illustrant la pénétration du sulfite dans les copeaux de bois tant avant qu'après le traitement suivant l'invention - la figure 3 est un diagramme indiquant le pourcentage de fibres longues de la pâte en fonction de la densité pour divers procédés de traitement - la figure 4 est un diagramme indiquant la teneur en bûchettes en fonction du degré de raffinage pour des pâtes traitées de diverses manières. On a utilisé pour opérer les essais une installation du genre indiqué schématiquement sur la figure 1. L'installation comprend un récipient de prépassage à la vapeur 1, un transporteur à vis 2, un laveur de copeaux de bois 3 muni d'un siège à sable 4 et un séchoir 5 qui débouche dans un récipient de maintien ou de réaction intermédiaire 6 muni d'une vis d' entraînement 7. La vis d'entraînement 7 est reliée à une canalisation 8 assurant le défibrage des copeaux avant imprégnation, préchauffage et raffichage. Une canalisation de retour et une trémie de retour sont respectivement indiquées en 9 et 10.Deux ou plusieurs raffineurs sont normalement incorporés à l'installation , bien que la figure représente seulement un seul raffineur 11, auquel sont reliés des dispo- sitifs de préchauffage 12 et d'imprégantion 13. L'introduction des copeaux dans le dispositif d'imprégnation 13 est assurée au moyen d'un transporteur à vis ',Prex (marque de commerce). Le liquide d'imprégnation neut être ajouté aux copeaux, d'une part, à travers une conduite 15 débouchant dans le transporteur à vis 2 en aval du laveur de copeaux 3 et, d' autre part, par une conduite 16 débouchant dans le dispositif d'imprégnation 13. Le récipient de prépassage à la vapeur 1 avait dans ce cas un volume utile de 20 m3 et exigeait un débit d'alimentation en copeaux de 15 t/h. Le récipient de maintien 6 était formé d'un récipient connu sous son nom commer 3 cial de récipient "Enso" ayant un volume utile de 44 m , dans la base duquel étaient posés des organes d'admission de vapeur. Le débit d'alimentation en copeaux, de 15 t/h, exigé par le récipient de maintien concordait avec la capacité du récipient de prépassage à la vapeur. Les copeaux traités lors des essais étaient des copeaux de bois d'épicéa. Les temps de séJour étaient, à chaque essai, de 16 minutes dans le récipient de cuisson alcaline 1 et de 37 minutes dans le récipient de maintien 6. Les liquides d'im imprégnation ajoutés avant le lavage des copeaux, c'est-à-dire dans la vis 2 et dans le dispositif d'imprégnation 13, étaient du sulfite de sodium Na2SO3 à-pH d'environ 9. On a ajouté aux deux points des quantités variables de l'agent d'imprégnation. On a aussi fait des essais avec additions nulles, à titre comparatif. On a opéré le lavage à l'aide d'un liquide de la vage froid en vue d'assurer la meilleure pénétration possible de l'agent d'imprégnation, d'une manière connue en soi. L' excès éventuel de liquide a été extrait dans la vis de séchage 5 et recyclé. On a fait varier la pression régnant à l'intérieur du dispositif de prechauffage 12 entre 100 et 180 kPa. On a fait varier les températures régnant dans le récipient de prépas sage à la vapeur 1 et dans le récipient de maintien 6 entre 75 et 950C approximativement. Les températures, pressions et quantités de produits chimiques ajoutés figurent dans le tableau 1. La partie gauche de la première colonne, intitulée "Essai"indique les quantités nominales de produits chimiques ajoutés, le premier chiffre indiquant la quantité prescrite de produit chimique ajoutée pendant la phase de pré-imprégnation, c'est-à-dire dans la vis 2, tandis que le second chiffre indique la quantité prescrite de produit chimique ajoutée dans le dispositif d'imprégnation 13. La partie droite de la première colonne indique la pression nominale en bars (1 bar = 100 kPa) régnant dans le dispositif de préchauffage 12. TABLEAU 1 page 6 On a constaté que le traitement appliqué dans le récipient de maintien provoquait une amélioration frappante de la pénétration dans le bois des produits chimiques ajoutés avant le lavage des copeaux de bois. Ce résultat peut être apprécié d'après le tableau 2 ci-dessous et est aussi illustré sous forme de diagramme sur la figure 2. TABLEAU 2 page 7 TABLEAU 1 Prépas- Réci sage à pient Dispositif la de de pré- Sul Pré- Impréqnation vapeur maintien chauffage fite imprégnation finale * Essai OC OC bar pH kg SO2/t90 kg SO2/t90 0/0-1.0 98 95 1.0 9.0 0 0 0/10-1.0 96 91 1.0 9.1 0 10.1 0/20-1.0 98 89 1.0 8.8 0 20.2 0/30-1.0 98 1.0 0 30.3 0/0-1.8 81 91 1.8 9.2 0 0 0/10-1.8 91 78 1.8 8.9 0 10.2 0/20-1.8. 98 77 1.8 9.0 0 20.4 0/30-1.8 97 76 1.8 8.8 0 29.1 5/0-1.0 93 86 1.0 9.0 4.9 0 5/10-1.0 68 90- 1.0 9.1 4.9 9.9 5/20-1.0 79 91 1.0 9.0 4.9 19.8 5/30-1.0 82 89 1.0 7.3 5.0 29.8 5/10-1.3 95 36 1.27 8.1 2.45 5.5 5/20-1.3 94 93 1.31 8.2 2.60 10.2 5/30-1.3 98 32 1.23 7.1 2.6 16.7 5/0-1.8 92 88 1.8 8.7 5.2 0 5/10-1.8 95 90 1.8 9.7 5.0 10.0 5/20-1.8 95 87 1.8 9.5 5.1 20.6 5/30-1.8 97 94 1.8 7.3 5.1 30.9 15/0-1.0 87 89 1.0 7.0 12.0 0 15/5-1.0 90 85 1.0 9.0 12.0 5.2 15/15-1.0 66 84 1.0 7.7 12.0 15.5 15/0-1.3 94 86 1.3 9.2 12.0 0 15/5-1.3 93 93 1.3 9.5 11.6 5.1 15/15-1.3 79 87 1.3 7.8 11.6 15.0 15/0-1.8 78 88 1.8 9.0 11.6 0 15/5-1.8 85 95 1.8 9.1 11.6 5.1 15/15-1.8 83 81 1.8 9.0 11.6 15.0 X t90 signifie tonne de pâte contenant 90% de matière seche TABLEAU 2 Teneur en soufre de morceaux de copeaux de bois grands et petits en amont et en aval du récipient de maintien'. Addition de sulfite équivalant à 1,2 kg de SO2 avant le lavage des copeaux de bois. Matière sèche S total g/kg Gros morceaux de copeaux de bois En amont du récipient de maintien 38,0 0,9 En aval du récipient de maintien 37,0 1,2 Petits morceaux de copeaux de bois En amont du récipient de maintien 34,4 1,5 En aval du récipient de maintien 35,3 1,7 I1 est évident que la pénétration efficace des produits chimiques dans le bois, combinée avec le temps de maintien et la température, a contribué à ramollir les copeaux de bois et à les modifier chimiquement. Ceci s'est aussi manifesté par une augmentation de la fraction de fibres longues et une réduction des teneurs en bûchettes et en résine après raffinage, comme on le voit d'après le tableau 3 ci-dessous et dl après les diagrammes donnés sur les figures 3 et 4.La figure 4 montre aussi clairement que l'addition des produits chimiques doit avoir lieu en deux étapes, à savoir avant le lavage de copeaux et dans 1 'imprégnateur, si l'on doit obtenir la plus faible teneur possible en bûchettes, tandis que la figure 3 indique que même la pénétration d'eau dans le bois lors du traitement thermique dans le récipient de maintien 6 a pour effet d'améliorer la fraction de fibres longues L'addition du sulfite à l'étape de préchauffage a autre part pour effet de reduire la transparence. Les diagrammes des -figures 3 et 4 révèlent en outre qu'on obtient les meilleures valeurs quand la quantité totale de produit chimique ajoutée équivaut à 25 à 35 kg de SO2 nar tonne de copeaux de bois, mais qu'on peut obtenir de très bonnesvaleurs pour une quantité de produit chimique ne dépassant par 10 à 20 kg de SO2 par tonne. Les expériences effectuées n' ont nas toutefois indiqué clairement la manière dont il faut répartir les produits chimiques entre l'étape de Dré-imprégnation en amont du laveur de copeaux de bois 3 et le dispositif d'imprégnation finale 13. Le tableau 3 ci-dessous compare un certain nombre de données caractéristiques ayant trait à de la pâte CTM pour la fabrication de carton traite suivant la présente invention et suivant un procédé de traitement connu dans le métier impliquant une sré-imprégnation avant lavage mais sans période de traitement thermique dans le récipient de maintien 6. Le traitement dans le récipient de maintien suivant l'invention a été opéré à la vapeur sous pression atmosphérique-. TABLEAU 3 page 9 TABLEAU 3 Degré de Teneur Bauer McNett Résistance Résistance raffinage en extr. > tamis > tamis à la à la Bûchettes DKM- maille maille Densité traction déchirure ml CFS > 0,15 mm % 30 100 kNm/kg Nm2/kg Traitement suivant l'invention 300 50 0,2 60 18 0,340 34 9,7 Traitement suivant la technique antérieure 300 150 0,3 50 17 0,370 31 7,8 REVENDICATIONS 1. Traitement de copeaux de bois pour la fabrication de pâte à papier chimico-thermomécanique, appelée pâte CTM, caractérisé en ce qu'on soumet les copeaux de bois, aortes prépassage à la vapeur, pré-imprégnation par H2O et/ou par une solution de sulfite, lavage et séchage, mais avant imprégnation finale, préchauffage et raffinage, à une étape intermé- diaire de maintien à une température non inférieure à 500C pendant un temps d'au moins 10 minutes. 2. Traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on soumet les copeaux de bois à une pré-imprégnation par une solution de sulfite, de préférence solution de sulfite de sodium, à pH de 4 à 11, avant ladite étape intermédiaire de maintien. 3. Traitement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, pendant l'étape intermédiaire, on maintient les copeaux de bois à ladite température en les traitant à la vapeur. 4. Traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que pendant ladite étape, on maintient les copeaux de bois à ladite température en les cauf- fant pendant ou après lavage, puis en les maintenant chauds pendant l'étape intermédiaire. 5. Traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérise en ce qu'on traite les copeaux de bois à ladite température pendant l'étape intermédiaire durant un temps de 30 à 70 minutes. 6. Traiteraent selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la température régnant pendant l'étape intermédiaire est comprise entre 50 et 105 C (cette seconde température correspondant à une pression supérieure de 20 kPa à la pression atmosphérique) et de préférence comprise entre 60 et 900C.