Brevet FR2618811A1 — publié le 19890203

PROCEDE DE FABRICATION DE PATES CHIMICOMECANIOUES OU CHINICOTHERMONECANIOUES BLANCHIES La présente invention concerne un procédé de fabrication de pâtes chimicomécaniques ou chimicothermomécaniques blanchies, destinées à la fabrication de papiers, de cartons ou de produits à usage domestique. Les procédés classiques de fabrication de pâtes chimicomécaniques ou chimicothermomécaniques comprennent en général les principales étapes successives suivantes - traitement des copeaux par des solutions de produits chimiques (généralement de la soude ou du sulfite de sodium) soit dans un lessiveur, soit dans un appareil du type Impressafiner ou Prex Defibrator, à une température généralement supérieure à 100'C, pendant 2 à 20 mn - défibrage des copeaux prétraités dans un appareil à disques, soit à pression atmosphérique, soit sous pression - raffinage de la pâte défibrée dans des raffineurs à disques, soit à pression atmosphérique, soit sous pression - classage et lavage de la pâte raffinée dans des appareils de classage fonctionnant sous pression - blanchiment de la pâte classée en un ou deux stades, suivant le degré de blancheur désiré, dans des tours de blanchiment, pendant environ trois heures. Ce type de procédé a pour principaux inconvénients de nécessiter des équipements coûteux et encombrants, de durer longtemps (en moyenne 4 heures), et de consommer beaucoup d'énergie. Dans le document FR-A-2.436.844 qui se raccroche (addition) au document FR-A-2.319.737, il est proposé de procéder selon les étapes successives suivantes - traitement des copeaux par des solutions de produits chimiques dans un lessiveur - défibrage des copeaux, lavage et blanchiment de la pâte dans une machine bi-vis telle que celle décrite dans le document FR-A-2.319.737 - séjour de la pâte blanchie dans un bac de latence, pendant environ 1 heure - raffinage de la pâte blanchie dans des raffineurs à disques, soit à pression atmosphérique, soit sous pression - classage de la pâte raffinée dans des appareils de classage fonctionnant sous pression. Ce type de procédé, même s'il permet de gagner un peu de temps au niveau de l'étape de blanchiment, présente cependant les mêmes inconvénients que le précédent, a savoir l1utilisation d'équipements coûteux, et une consommation d'énergie très importante. La présente invention propose un procédé qui permet d'obtenir des pâtes de même qualité, tout en utilisant des équipements moins encombrants et moins chers, et par un traitement d'une durée moyenne inférieure à 2 heures,lc'est-a-dire considérablement réduite. Il s'agit d'un procédé de fabrication de pâtes chimicomécaniques ou chimicothermomécaniques blanchies à partir de copeaux de bois, dans lequel les copeaux sont traités par des produits chimiques et sont défibrés, puis la pâte ainsi obtenue est blanchie, raffinée et classée, caractérisé en ce que les copeaux de bois sont tout d'abord défibrés grossièrement et traités par des agents chimiques dans une première machine bi-vis, puis cette matière est introduite dans une deuxième machine bi-vis dans laquelle sont effectués un affinage du défibrage et les opérations de lavage et de blanchiment, et la pâte obtenue est ensuite raffinée et classée. En d'autres termes, dans le procédé selon l'invention, les copeaux sont introduits dans une machine bi-vis dans laquelle on introduit également des réactifs chimiques. Dans cette machine bivis, ils subissent un premier défibrage. La pâte obtenue est ensuite envoyée dans une deuxième machine bi-vis, où sont introduits 1 'eau de lavage et les agents de blanchiment. Elle y subit d'abord un traitement de lavage et défibrage, puis un traitement de défibrage et blanchiment. On obtient en sortie une pâte blanchie, dont le degré de blancheur peut être augmenté par un séjour dans un bac de latence. La pâte est ensuite raffinée et classée selon des procédés classiques. Dans l'invention décrite, la première machine bi-vis est une machine simplifiée courte comprenant au moins une section à pas inversé, avant laquelle est introduite la solution de produits chimiques. La pâte imprégnée de produits chimiques à la sortie de cette première machine bi-vis a une siccité comprise entre 25 et 40 %, et de préférence égale à 30 %. Une injection de vapeur dans cette première machine bi-vis permet d'effectuer le traitement å une température supérieure à 1000c qui se caractérise par une plastification du bois de telle sorte que la séparation des fibres est plus complète et les fibres moins endommagées. La pâte à la sortie de la première machine bi-vis peut reposer dans un bac pendant un certain temps, de façon à ce que les réactions chimiques en cours puissent se poursuivre, puis elle tombe dans un tube muni d'une vis de transport permettant d'alimenter la deuxième machine bi-vis. De la vapeur est également introduite dans ce tube, permettant ainsi à la réaction du produit chimique sur la pâte de se poursuivre. La deuxième machine bi-vis est équipée d'une façon classique de quatre sections à pas inversé. C'est dans cette machine que sont effectuées les opérations de lavage et de blanchiment. Le défibrage est également affiné dans cette machine. Le lavage est réalisé par introduction d'eau entre, d'une part, la troisième et la deuxième section å pas inversé et d'autre part, la deuxième et la première section a pas inversé. Le blanchiment est effectué par introduction d'une solution de peroxyde d'hydrogène entre les quatrième et troisième sections à pas inversé. La largeur des fenêtres des sections à pas inversé permettant de contrôler le passage vers l'aval de la matière est calculée de façon à obtenir le degré de défibrage désiré tout en dégradant le moins possible les fibres, conformément au document FR-A-2.509.766 décrivant un procédé de fabrication de fibres cellulosiques pour utilisation non papetière. La pâte à la sortie de la deuxième machine bi-vis a une siccité comprise entre 25 et 40 %, et de préférence égale a 30 %. Un temps de latence de 30 à 60 minutes permet encore d'augmenter son degré de blancheur. Cette latence peut être réalisée dans une trémie ou un bac dans lequel circule la pâte. Après cette opération, la pâte est raffinée, puis classée dans des appareils classiques de raffinage et de classage avant d'être utilisée pour la fabrication de papiers ou de cartons. Les caractéristiques mécaniques et optiques des pâtes sont déterminées sur les pâtes raffinées et classées conformément aux normes AFNOR. Les produits chimiques utilisés pour le traitement chimique des copeaux dans la première machine bi-vis sont choisis parmi le bisulfite de sodium, le sulfite de sodium, le mélange sulfite de sodium-soude, la soude, le carbonate de sodium, le mélange soudeperoxyde d'hydrogène, ce mélange étant plus particulièrement employé dans le cas du traitement des bois feuillus. Pour les bois résineux, le produit chimique généralement utilisé est le sulfite de sodium avec de la soude à un pH compris entre 4 et 12, et de préférence entre 7 et 9. A un pH supérieur à 10, la blancheur de la pâte diminue. Les quantités de sulfite de sodium (exprimées en S02) sont comprises entre 0,5 % et 5 % par rapport au bois sec et la durée de traitement effectué à une température comprise entre 110C et 140"C varie de 3 à 20 minutes. Au cours de ce traitement, il se produit une réaction de sulfonation de la lignine. Le temps de séjour dans la première machine bi-vis est très court, inférieur à 1 minute ; la température avec injection de vapeur dans la machine est de 130çC ; le traitement est effectué à haute concentration ; la siccité de la pâte à la sortie de la machine bi-vis est comprise entre 25 et 40 %, et de préférence égale à 30 %. I1 est apparu tout à fait surprenant que dans les conditions de l'invention, la pâte traitée dans la machine bi-vis ait une teneur en soufre équivalente à celle de la pâte obtenue après traitement des copeaux dans un lessiveur à une température de 130"C pendant 20 minutes. Les conditions de l'invention utilisées avec la technologie classique (lessiveur, tubes d'imprégnation et de réaction divers proposés par différents constructeurs) conduiraient à une pâte ayant un faible taux de soufre fixé et de faibles propriétés mécaniques, ces dernières étant d'autant plus élevées que le taux du soufre fixé est plus élevé. La pâte sortant de cette première machine bi-vis arrive comme il est indiqué précédemment dans une deuxième machine bi-vis où elle est lavée et blanchie. C'est dans cette deuxième machine bi-vis que le défibrage est également affiné de façon à ce que la pâte à la sortie de cette machine soit prête à être raffinée. Le lavage est effectué préférentiellement avec de 1 'eau chaude et sert à éliminer la sulfite de sodium non consommé. I1 est effectué à une température comprise entre 20 et 90C. Ce lavage doit être efficace (efficacité de lavage supérieure à 90 %) car il est bien connu que le sulfite de sodium qui resterait avec la pâte décomposerait l'agent de blanchiment, le peroxyde d'hydrogène. Le blanchiment est effectué préférentiellement avec un agent oxydant, choisi parmi le peroxyde d'hydrogène, l'acide peracétique et d'autres agents peroxydes, en milieu alcalin en présence d'agent complexant et séquestrant (DTPA) et de silicate de sodium, à un pH compris entre 9 et 11. I1 peut être réalisé au moyen de 0,5 à 5 % de peroxyde d'hydrogène en présence de silicate de sodium et d'agent complexant ou séquestrant. D'autres agents oxydants ou réducteurs peuvent être utilisés suivant le degré de blancheur souhaité. Les exemples ci-après, donnés à titre indicatif, mais non limitatif, permettent de juger de l'intérêt du procédé de l'invention. Dans ces exemples, les quantités de réactif utilisées sont exprimées en pour cent en poids du poids de matière végétale sèche, le soufre fixé sur les pâtes en pour cent en poids de la pâte sèche. Les caractéristiques mécaniques sont déterminées suivant les normes AFNOR : - résistance à la traction (NF Q 03-004) - résistance à l'éclatement (NF Q 03-053) - résistance au déchirement (NF Q 03-011) - volume massique (NF Q 03-016) L'indice d'égouttage est exprimé en degrés Schopper Riegler. Les degrés de blancheur des pâtes sont mesurés en % à l'aide d'un spectrophotomètre Elrepho. Exemple 1 800 kg/h de copeaux d'épicéa contenant 45 t de matière végétale à l'état sec sont imprégnés d'une solution de sulfite de sodium au moyen d'un dispositif d'imprégnation classique de façon i ce que le taux de sulfite de sodium (exprimé en S02) soit de 2 % par rapport au bois sec, puis introduits en continu dans un lessiveur où la température est de 130il. La durée de traitement est de 20 minutes. Ces copeaux traités sont ensuite introduits dans une machine bi-vis du type de celle décrite dans les documents cités précédemment, munie d'orifices d'introduction d'eau et de réactifs chimiques entre les sections de vis a pas inversé, et équipée de quatre sections à pas inversé.De l'eau chaude est introduite par les deux orifices situés entre les première et deuxième et les deuxième et la troisième sections å pas inversé. Le réactif de blanchiment, solution de peroxyde d'hydrogène en milieu sodique contenant un agent complexant (DTPA) et du silicate de sodium, est introduit entre les troisième et quatrième sections a pas inversé. Les quantités de produits chimiques sont les suivantes - peroxyde d'hydrogène : 3 % par rapport à la matière végétale sèche - soude : 2 t par rapport a la matière végétale sèche - silicate de sodium : 4 t par rapport à la matière végétale sèche - agent complexant DTPA : 0,2 t par rapport à la matière végétale sèche. Le silicate de sodium est une solution commerciale de densité égale a 1,33. L'agent complexant est une solution a 40 % de sel de sodium de l'acide diéthylénetriamino pentacétique. La pâte, après un temps de latence de 60 minutes, est ensuite raffinée dans un raffineur & disques Bauer 411, puis classée au moyen d'un appareil de classage Hooper sous pression PSV 100. Le taux de soufre fixé sur la pâte est de 0,23 % par rapport à la pâte sèche. Les caractéristiques mécaniques de cette pâte blanchie déterminées i deux niveaux d'indice d'égouttage sont indiquées dans le tableau 1. Le degré de blancheur est de 78,5 % Elrepho. Le rendement en pâte blanchie est de 92 % par rapport au bois sec. Exemple 2 L'exemple 1 est répété avec un taux de sulfite de sodium (exprimé en S02) de 5 % par rapport au bois sec. Le taux de soufre fixé sur la pâte est de 0,36 % par rapport å la pâte sèche. Les caractéristiques mécaniques de la pâte blanchie sont indiquées dans le tableau 1. Le degré de blancheur est de 77,5 % Elrepho et le rendement en pâte blanchie est de 90,5 % par rapport au bois sec. Exemple 3 800 kg/h de copeaux d'épicéa contenant 45 % de matière végétale à l'état sec sont introduits dans une première machine bi-vis, du type de celle décrite dans les documents cités précédemment, munie d'orifices d'introduction de réactifs chimiques, et équipée de deux sections a pas inversé. Une solution de sulfite de sodium est introduite entre les deux sections ê pas inversé, de façon i ce que la quantité de sulfite de sodium (exprimé en S02) soit de 2 % par rapport au bois sec. Par injection de vapeur dans la machine bi-vis, la température est de 130'C. Le temps de séjour de la matière végétale dans la machine bi-vis est de 30 secondes.Les copeaux grossièrement défibrés a la sortie de la machine bi-vis ont une siccité de 30 8. La matière végétale passe dans une trémie d'alimentation de la deuxième machine bi-vis. De la vapeur est également introduite dans cette trémie pour maintenir la matière i une température d'environ 100 C. Un densifieur situé entre la trémie et la deuxième machine bi-vis assure un compactage de la matière végétale dans le but -de maintenir un débit de 800 kg/h. Cette matière végétale est alors introduite dans une deuxième machine bi-vis munie d'orifices d'introduction d'eau et de réactifs chimiques et équipée de quatre sections a pas inversé, identique a celle indiquée dans l'exemple 1. Les opérations de traitement de cette matière végétale (lavage - blanchiment dans la machine bi-vis) sont identiques a celles mentionnées dans l'exemple 1. Le taux de soufre fixé-sur la pâte est de 0,25 % par rapport a la pâte sèche. Les caractéristiques mécaniques de cette pâte blanchie déterminées A deux niveaux d'indice d'égouttage sont regroupées dans le tableau 1. Le degré de blancheur est de 79,5 t Elrepho et le rendement en pâte blanchie est de 92,5 t par rapport au bois sec. Exemple 4 L'exemple 3 est répété avec un taux de sulfite de sodium (exprimé en S02) de 5 % par rapport au bois sec. Le taux de soufre fixé sur la pâte est de 0,36 t par rapport à la pâte sèche. Les caractéristiques mécaniques de la pâte blanchie sont mentionnées dans le tableau 1. Le degré de blancheur est de 78,5 % Elrepho et le rendement en pâte blanchie est de 91,5 % par rapport au bois sec. TABLEAU 1 CARACTERISTIQUES MECANIQUES DES PATES CHIMICO-MECANIQUES BLANCHIES DE BOIS RESINEUX (EPICEA) EXEMPLES 1 2 3 4 dans la première dans la première Sulfonation (mode) en lessiveur en lessiveur machine bi-vis machine bi-vis Sulfite de sodium en % de SO2 du bois sec 2 5 2 5 Soufre fixé % de la pâte sèche 0,23 0,36 0,25 0,36 Indice d'égouttage . SR 50 70 50 70 50 70 50 70 Volume massique, cm3/g 2,09 1,90 2,01 1,90 2,12 2,07 2,09 2,00 Longueur de rupture, m 3200 4500 3900 4200 3900 4100 3800 4600 Indice d'éclatement, kPa m2/g 1,8 2,4 2,3 2,2 1,9 2,0 1,7 2,3 Indice de déchirement, mN m2/g 6,1 5,6 6,2 5,8 5,7 5,3 5,9 5,1 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de pâtes chimicomécaniques ou chimicothermomécaniques blanchies i partir de copeaux de bois, dans lequel les copeaux sont traités par des produits chimiques et sont défibrés, puis la pâte ainsi obtenue est blanchie, raffinée et classée, caractérisé en ce que les copeaux de bois sont tout d'abord défibrés grossièrement et traités par des agents chimiques dans une première machine bi-vis, puis cette matière est introduite dans une deuxième machine bi-vis dans laquelle sont effectués un affinage du défibrage et les opérations de lavage et de blanchiment, et la pâte obtenue est ensuite raffinée et classée. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la pâte, après son passage dans la première machine bi-vis, repose un certain temps dans un bac avant d'être introduite dans la deuxième machine bi-vis. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le temps de séjour des copeaux dans la première machine bi-vis ne dépasse pas 1 minute. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 a 3, caractérisé en ce que 1 'agent chimique de traitement introduit dans la première machine bi-vis est choisi parmi le bisulfite de sodium, le sulfite de sodium, le mélange sulfite de sodium-soude, la soude, le carbonate de sodium, le mélange soude-peroxyde d'hydrogène. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 ê 4, caractérisé en ce que 1 'agent chimique de traitement introduit dans la première machine bi-vis est le sulfite de sodium. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le traitement au sulfite de sodium dans la première machine bi-vis est effectué à un pH compris entre 4 et 12, et de préférence entre 7 et 9. 7. Procédé selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la concentration en sulfite de sodium (exprimée en SO 2) est comprise entre 0,5 % et 5 %, par rapport au bois sec. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la température de traitement dans la première machine bi-vis est comprise entre 100 et 140 C. 9. Procédé selon l'une des revendications 1à 8, caractérisé en ce que le lavage dans la deuxième machine bi-vis est effectué à une température comprise entre 20 et 90C, avec une efficacité supérieure à 90 %. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 et 9, caractérisé en ce que le traitement de blanchiment dans la deuxième machine bi-vis est un traitement oxydant réalisé au moyen d'un agent choisi parmi le peroxyde d'hydrogène, l'acide peracétique et d'autres agents peroxydes. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le traitement de blanchiment au moyen d'un agent oxydant est réalisé a un pH compris entre 9 et 11. 12. Procédé selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que le traitement de blanchiment est réalisé au moyen de 0,5 à 58 de peroxyde d'hydrogène, en présence de silicate de sodium et d'agent complexant ou séquestrant.