Brevet FR2664627A1 — publié le 19920117

f PROCEDE POUR DESENCRER LES PAPIERS IMPRIMES. L'invention concerne un procédé de recyclage de vieux papiers imprimés, quel que soit leur procédé d'im- pression et la nature de l'encre utilisée, non soumis préalablement à un tri quelconque. Le recyclage des vieux papiers imprimés correspond à une réalité industrielle en plein développement, et devient de fait une technique assez largement répandue, qu'il n'est donc pas utile de décrire en détail Sommai- rement, le recyclage consiste à effectuer deux opérations essentielles, à savoir une première opération de désen- crage, et une seconde opération de blanchiment. La première opération dite "de désencrage" est une étape indispensable aujourd'hui également bien connue La seconde opération dite "de blanchiment" ne devient néces- saire que lorsque l'on souhaite obtenir des pâtes recy- clées d'une qualité élevée, c'est-à-dire d'un haut niveau de blancheur. L'opération de désengage fait appel à deux phases principales: le décrochage de l'encre du support fibreux, effectué dans un pulpeur simultanément à la mise en sus- pension des vieux papiers, avec généralement l'adjonction d'un ou plusieurs réactifs chimiques; puis, l'élimination de cette encre après son dé- crochage de cette suspension pâteuse réalisée par exemple par flottation ou par lavage. En effet, de manière traditionnelle, le décrochage de l'encre du support fibreux est effectué en milieu alcalin La soude, généralement utilisée, a un double effet favorable D'une part, elle provoque le gonflement de la fibre de cellulose, et d'autre part, elle attaque les liants des encres sur le support fibreux. Depuis quelques années, on observe un développement sans cesse croissant de journaux imprimés selon le procé- dé flexographique, autrement dit, un procédé dans lequel le solvant de l'encre est constitué par de l'eau et non plus un solvant organique Ce solvant "sèche" complète-10 ment par pénétration et évaporation, de sorte que seuls subistent sur la surface imprimée les pigments enrobés par un liant Ce procédé d'impression flexographique, prend sans cesse de l'ampleur compte tenu des nombreux avantages qu'il offre par rapport aux procédés d'impres-15 sion traditionnels, notamment les procédés offset Notam- ment, les presses à imprimer flexographiques sont d'un fonctionnement plus simple et l'impression flexographique est moins polluante En outre, ce procédé permet de réduire les casses du papier lors de l'impression, et20 supprime le maculage, augmentant ainsi de manière notable la qualité d'impression. Néanmoins, les papiers imprimés selon le procédé flexographique, présentent l'inconvénient majeur d'être difficilement désencrables et donc difficilement recycla- bles par les procédés de désengage traditionnels. De manière générale, les papiers imprimés selon un procédé flexographique, résistent à ces procédés de dé- sencrage En effet, le liant des encres flexographiques est constitué de résines acryliques acides, saponifiées par une amine Si l'on traite les papiers ainsi imprimés par un milieu alcalin, le liant se dissout, provoquant pratiquement l'isolation du pigment Ce dernier étant35 très fin, et, en outre, ne présentant pas de caractère hydrophobe, il ne flotte pas et il offre une surface spécifique plus importante, absorbant mieux de fait la lumière incidente, et donc altérant la blancheur rési- duelle de la pâte. 5 Dans les procédés de désencrage traditionnels, après le décrochage de l'encre, celle-ci est éliminée par l'un des deux procédés suivants, à savoir flottation ou lava- ge Toutefois, il est à noter que le niveau de contamina-10 tion croissant des papiers recyclés conduit à proposer des chaines de traitement de plus en plus complexes, comportant plusieurs stades d'élimination de l'encre avec une dispersion mécanique de la matière entre les deux stades de flottation On a par exemple proposé d'effec-15 tuer ces deux phases de flottation à des p H différents, à savoir respectivement une première phase en milieu alca- lin, puis une seconde phase en milieu à p H plus faible, c'est à dire moins alcalin ou neutre (voir par exemple les communications présentées au Symposium EUCEPA à20 LJUBLJANA (Octobre 1989), d'une part par LINCK, MATZKE et SIEWERT, et d'autre part par ORTNER et FISHER) On a également proposé d'effectuer un lavage après la flotta- tion et le blanchiment (voir par exemple document EP-A-0 284 526), ces deux stades de traitement de flottation et lavage étant effectués en milieu alcalin. Lors de la conférence PIRA du 28 Février au 2 Mars 1989, PUTZ, TOEROEK et SCHAFFRATH, ont montré que dans le cas de journaux imprimés en flexographie avec des encres à l'eau, la réduction de la quantité d'hydroxyde de sodium introduite, donc une diminution du p H permettait d'améliorer la blancheur Néanmoins, les résultats obte- nus ne sont pas satisfaisants, et ne sont pas comparables au procédé de désengage traditionnel appliqué aux35 papiers imprimés par le procédé offset ou héliogravure. Lors du symphosium sur le désencrage organisé par le PTS à Munich en Avril 1990, diverses communications, et notamment celles de PUTZ, TOEROEK, GOETTSCHING, de HORNFECK, LIPHARD, et de JAERREHULT, LUNDKVIST, 5 HANECKER, PHAM TRI, ont présenté le résultats de travaux axés principalement sur l'utilisation de nouveaux addi- tifs, destinés à mieux floculer et collecter les encres des impressions flexographiques Ces résultats montrent certes des améliorations significatives de la blancheur10 finale, mais qui restent néanmoins limitées dès lors que l'on désire traiter des mélanges d'impression offset et flexographique. L'invention vise à pallier ces inconvénients Elle propose un procédé de désencrage de papiers imprimés en vue de leur recyclage, et ce, quel que soit leur procédé d'impression, à savoir: offset, héliogravure, flexogra- phie, typographie, etc, sans tri préalable entre les différentes -catégories de procédés d'impression En20 d'autres termes, le procédé objet de l'invention, vise à traiter des papiers imprimés mélangés, quelle que soit leur provenance. Ce procédé pour désencrer les vieux papiers impri- més, dans lequel: on transforme lesdits papiers en une suspension pâteuse; puis, on élimine une partie de l'encre de cette suspension, notamment par flottation sélective; enfin, on envoie la pâte ainsi désencrée dans le circuit d'utilisation de la pâte, se caractérise en ce que l'on élimine l'encre en deux phases distinctes successives: une première phase en milieu neutre ou acide, au cours de laquelle on effectue une désintégration de la suspension pâteuse, puis une première élimination de l'encre et un épaississage de la pâte partiellement dé- sencrée puis une seconde phase, dans laquelle on récupère la pâte ainsi épaissie, à laquelle on rajoute des réac- tifs alcalins, et enfin on pratique une seconde élimina- tion de l'encre et un nouvel épaississage. 5 En d'autres termes, l'invention vise à soumettre les papiers imprimés à recycler à un double désengage suc- cessif, respectivement en milieu neutre ou acide, puis en milieu alcalin, et ce, appliqué à tous types de papiers10 imprimés, quel que soit le procédé d'impression utilisé. On s'est aperçu de manière tout à fait inattendue, que le premier désencrage, effectué en milieu acide avec un p H compris entre 4 et 7, favorisait le second stade de15 désengage en milieu alcalin des papiers imprimés selon le procédé traditionnel offset. Comme on l'a schématisé sur la figure 1, le procédé conforme à l'invention consiste à éliminer l'encre de vieux papiers imprimés en deux phases, respectivement I et II. Lors de la première phase I, on transforme tout d'abord les vieux papiers imprimés en une suspension aqueuse par désintégration dans un pulpeur ( 1), et ce en milieu acide à une température comprise entre 20 et 60 'C. Le milieu acide est obtenu par adjonction d'acide sulfu- rique H 2 SO 4 ou par barbotage de dioxyde de carbone dans la solution, par exemple. Avantageusement, on ajoute dans le pulpeur des agents tensio-actifs et des agents anti-redéposition, tels que des carboxymethyl celluloses, et ce de manière connue, dans le but de favoriser le décrochage de35 l'encre et la flottation ultérieure. Avantageusement, on peut rajouter un agent de blan- chiment réducteur, actif en milieu acide, du type hydro- sulfite de sodium, et stocker le mélange réactionnel ainsi constitué pendant une durée variable d'une demi- 5 heure à une heure, en vue de permettre une action effica- ce de ces différents agents. Simultanément, on peut également ajouter à la solu- tion contenue dans le pulpeur ( 1) des agents complexants des ions de métaux lourds, du type DTPA (Acide Diethylène Triamino Pentacétique ou son sel de sodium) ou des déri- vés d'acides phosphonique, dans le but de complexer les ions métalliques, susceptibles de favoriser l'action de l'agent de blanchiment réducteur, et l'action ultérieure15 d'un agent de blanchiment éventuellement incorporé lors de la seconde phase II en milieu alcalin. Typiquement, l'acidité de la solution se situe vers p H 5. Ce décrochage de l'encre est alors suivi d'une dilu- tion ( 2) puis d'une élimination ( 3) de l'encre par flot- tation sélective, l'encre séparée étant concentrée en mousse ( 4).25 La pâte ainsi partiellement désencrée est épaissie en ( 5), l'eau ( 6) résultant de cet épaississage étant recyclée et réintroduite dans le circuit au niveau de la dilution ( 2).30 Cette première phase I a pour but essentiel de décrocher et d'éliminer l'encre des papiers imprimés avec des encres à l'eau La seconde phase II qui va être dé- crite ci-après, concerne l'élimination totale de l'encre35 de l'ensemble des papiers à recycler, et plus spécifique- ment l'élimination de l'encre des papiers imprimés selon des procédés plus traditionnels, offset, héliogravure, typographie Comme déjà dit, le premier désencrage en milieu acide favorise le second désengage en milieu 5 alcalin des papiers imprimés selon les procédés cidessus. La pâte partiellement désencrée ( 7) obtenue après épaississage en ( 5), à une concentration d'environ 15 %, ledit épaississage étant réalisé par exemple par filtra- tion, est traitée dans un mélangeur ( 8) dans lequel on introduit des réactifs alcalins, typiquement de la soude, complétée avec du péroxyde d'hydrogène H 202, comme agent de blanchiment, et ce de 1 à 2 % en poids de pâte sèche,15 et additionnée de manière traditionnelle de silicate de sodium, de 2 à 3 % en poids de pâte sèche, et d'un agent complexant (DTPA) Si ce nouveau traitement peut être ef- fectué à température ambiante, on a toutefois constaté qu'en élevant la température au voisinage de 55 à 60 OC,20 l'efficacité était renforcée En outre, afin de favoriser l'action de l'agent de blanchiment, le mélange réaction- nel est stocké pendant environ une heure dans une tour de stockage ( 17) Ce stockage peut néanmoins varier de une demi-heure à trois heures Ce traitement en milieu alca-25 lin provoque le décrochage de l'encre des papiers impri- més selon le procédé offset, héliogravure, typographie. On ajoute alors des agents collecteurs, du type acides gras, savons d'acides gras ou produits dérivés, couram- ment utilisés pour le désencrage, et destinés à accentuer30 le caractère hydrophobe de l'encre ainsi décrochée, et à favoriser son élimination ultérieure par flottation. Une fois cette opération réalisée, la pâte subit ( 9) une dilution, puis une nouvelle flottation sélective ( 10) au cours de laquelle les encres décrochées en ( 8) sont éliminées sous forme de mousse ( 11). Dans une autre forme de réalisation, l'encre décro- chée lors de l'étape ( 8) peut être éliminée par lavage, les eaux issues de ce lavage pouvant éventuellement être recyclées après flottation, tel que décrit dans le docu- 5 ment EP-A-0 284 526. La pâte ainsi désencrée subit un nouvel épaississage ( 12) avant d'être introduite dans le circuit d'utilisa- tion de la pâte Les eaux blanches ( 13) issues de cet épaississage, sont recyclées et utilisées lors de la dilution ( 9). Les pâtes issues de l'épaississage ( 12) peuvent éventuellement subir un blanchiment additionnel avant leur introduction dans le circuit d'utilisation de la pâte. Dans une autre forme de réalisation avantageuse représentée dans la figure 2, les mousses ( 4) et ( 11) issues de la flottation sélective de la pâte, sont trai- tées Les mousses ( 11) subissent une acidification préa- lable afin de les amener au même p H que les mousses ( 4). Elles sont ensuite mélangées, puis subissent une nouvelle flottation sélective ( 14), les mousses issues de cette25 nouvelle flottation étant définitivement rejetées ( 15) et la matière ainsi récupérée étant recyclée au niveau de la dilution ( 2) de la phase I de désencrage. La phase II peut également être complétée d'un trai- tement mécanique ( 16) à l'issue du stockage dans la tour ( 17), destiné à favoriser le décrochage de l'encre des papiers imprimés selon le procédé offset, et ce à une concentration ne dépassant pas de préférence 20 %. En outre, l'installation peut être complétée d'une ligne de désintégration et décrochage traditionnels en milieu alcalin, montée en parallèle avec la ligne de traitement décrite, destinée à traiter les papiers impri- 5 més selon les procédés offset, héliogravure, typographie, et ne contenant pas de papiers imprimés avec des encres à l'eau Ainsi, l'introduction de ces papiers peut s'effec- tuer directement soit en sortie du mélangeur ( 8), et subir le traitement décrit dans la phase II, soit après10 dilution ( 9) et avant flottation ( 10). La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent, donnés à titre in-15 dicatif et non limitatif. Exemple 1 De manière connue, on traite un mélange de vieux papiers imprimés selon les procédés d'impression offset, héliogravure, flexographique Ces papiers sont transfor- més en une suspension pâteuse de concentration 15 % au moyen d'un pulpeur traditionnel en milieu alcalin, con- tenant typiquement en poids de matière sèche 1 % de soude, 2 % de silicate de sodium, 1 % de peroxyde d'hy-25 drogène et 0,8 % de savon La température du mélange est maintenue à 45 OC. La suspension pâteuse est alors diluée, puis soumise à une flottation sélective et enfin à un épaississage On constate que selon le type de papiers utilisés, on obtient des blancheurs indiquées dans la description selon la norme AFNOR Q 03-039, respectivement de 58 pour du journal offset, 62 pour un mélange de journal offset/magazine, 28 pour des journaux flexographiques et, pour un mélange de journaux 50 % flexo/50 % offset. Exemple 2 On dispose d'un mélange de journaux provenant de 50 % d'impression offset et 50 % d'impression flexographi- que (avec encres à l'eau). On transforme ce mélange en une suspension pâteuse dans un pulpeur en milieu acidifié par de l'acide sulfu- rique (p H = 5) On introduit alors un agent tensio-actif du type BEROCELL 213 (marque déposée de EKA) La tempéra-10 ture du traitement est de 45 C On dilue alors le mélan- ge ainsi constitué, et on soumet ce mélange dilué à une flottation en milieu acide (p H = 5) La blancheur obtenue est de 45. Exemple 3 On répète l'exemple 2 avec un traitement acide au p H compris entre 5 et 6 On épaissit la pâte à une concen- tration de 18 %, puis on introduit une liqueur contenant de la soude ( 1 %), du silicate de sodium ( 2,5 %), un agent20 complexant (DTPA) ( 0,3 %) et du peroxyde d'hydrogène ( 1 %). Les quantités données correspondent à des pourcentages en poids de pâte sèche. On obtient une blancheur de 50. Après dilution, on ajoute 1 % en poids de matière sèche de savon, puis on effectue une seconde flottation sélective en milieu alcalin La blancheur finale obtenue est de 57.30 Exemple 4 On répète l'exemple 3, mais la désintégration et la première flottation s'effectuent à un p H de 7 La blan- cheur obtenue après flottation est de 42. Après blanchiment, on obtient une blancheur de 49. On effectue une deuxième flottation en milieu alcalin et l'on obtient une blancheur de 55. 1:1 Exemple 5 On reprend lt exemple 3 et après blanchiment au pero- xyde, on dilue la pâte à 5 % environ et on la traite cinq minutes dans un désintégrateur de laboratoire. 5 On effectue la seconde flottation comme décrit dans l'exemple 3 la blancheur finale de la pâte est de 62. Exemple 6 On reprend l'exemple 5 dans lequel on introduit dans le mélange lors du décrochage dans le pulpeur au cours de la phase I de l'hydrosulfite de sodium (Na 25204) à raison de 1,5 % en poids de matière sèche On laisse reposer le mélange pendant une demi-heure La blancheur obtenue15 après la flottation en milieu acide est de 47 La blan- cheur finale après flottation en milieu alacalin est de 63. Exemple 7 On reprend l'exemple 5, les journaux utilisés étant imprimés exclusivement selon le procédé offset On obser- ve une blancheur finale de 64, matérialisant ainsi de manière significative l'amélioration inhérente au traite- ment en milieu acide. 25 Exemple 8 On reprend l'exemple 5, les journaux utilisés étant imprimés exclusivement selon le procédé flexographique au moyen d'encres à l'eau La blancheur finale obtenue est30 de 55. On a rassemblé dans le tableau ci-après les valeurs de blancheur obtenues pour différents échantillons de journaux en fonction de leur procédé d'impression.35 Echantillon traitement en traitement selon le milieu alcalin procédé de l'inven- seul tion Mélange flexo/ 40 63 Offset( 50/50 %) % Offset il 58 il 64 % Flexo il 28 il 55 On observe donc que le procédé décrit dans l'inven- tion offre de nombreux avantages par rapport aux procédé de désengage connus à ce jour Tout d'abord, on peut noter qu'il permet de désencrer séparément et indifférem- ment des papiers, quel que soit leur procédé d'impres- sion, notamment des papiers imprimés selon le procédé flexographique (encres à l'eau), et ce avec de bonnes qualités de blancheur En outre, on constate qu'il est tout à fait possible de désencrer des mélanges de papiers, ce que l'on ne savait faire à ce jour Enfin, le procédé conforme à l'invention favorise le désencrage des papiers imprimés selon des procédés traditionnels, et notamment selon le procédé offset Ainsi, le procédé selon l'invention peut donc être avantageusement utilisé pour le traitement de recyclage de vieux papiers imprimés d'origines les plus variées, préalablement triés ou non. REVENDICATIONS 1/ Procédé pour désencrer les vieux papiers impri- més, dans lequel: on transforme lesdits papiers en une suspension pâteuse; puis, on élimine une partie de l'encre de cette suspension, notamment par flottation sélective; enfin, on envoie la pâte ainsi désencrée dans le circuit d'utilisation de la pâte, caractérisé en ce que l'on élimine l'encre en deux phases distinctes successives: une première phase I en milieu neutre ou acide, au cours de laquelle on effectue une désintégration ( 1) de la suspension pâteuse, puis une première élimination de l'encre ( 3) et un épaississage ( 5) de la pâte partiel- lement désencrée; puis une seconde phase II, dans laquelle on récu- père la pâte ( 7) ainsi épaissie, à laquelle on rajoute des réactifs alcalins dans un mélangeur ( 8), et enfin on pratique une seconde élimination ( 10) de l'encre et un nouvel épaississage ( 12). 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la transformation des papiers imprimés en suspen- sion pâteuse s'effectue par désintégration dans un pul- peur ( 1) en milieu acide avec un p H compris entre 4 et 7, à une température comprise entre 20 et 60 'C. 3/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que dans le pulpeur, on ajoute en outre des agents tensio-actifs et des agents anti-redéposition. 4/ Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'acidification du milieu lors de la désintégration du papier, est effectuée par adjonction d'acide sulfurique ou de dioxyde de carbone. 5 / Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'on rajoute des agents complexants des ions de métaux lourds dans le pulpeur ( 1) lors de la phase I de désintégration du papier.10 6/ Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que l'on rajoute des agents de blanchi- ment actifs en milieu acide, notamment de l'hydrosulfite de sodium.15 7/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lors de la phase II, on ajoute dans le mélangeur ( 8) des agents de blanchiment, notamment du peroxyde d'hydrogène (H 202), et que l'on stocke alors le20 mélange réactionnel ainsi constitué dans une tour de stockage ( 17) pendant une durée comprise entre une demi- heure et trois heures. 8/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on fait subir un traitement méca- nique à la suspension pâteuse, après traitement dans le mélangeur ( 8) ou après stockage dans la tour de stockage ( 17) au cours de la seconde phase II. 9/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'élimination de l'encre lors des deux phases I et II s'effectue par flottation sélective. / Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les mousses ( 4,11) résultant des flottations sé- lectives ( 3,10) effectuées lors des deux phases I et II, sont mélangées après acidification des mousses ( 6) de la 5 seconde flottation sélective ( 10), lesdites mousses étant à nouveau flottées et les matières récupérées lors de cette nouvelle flottation étant recyclées dans la premiè- re phase I en amont de la première flottation ( 3). 11/ Procédé selon la revendication 1 à 10, caracté- risé en ce que la seconde phase II d'élimination de l'encre s'effectue par lavage, suivi ou non d'une flotta- tion et d'un recyclage des eaux de lavage. 12/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les eaux des deux phases d'épais- sissage ( 6) et ( 13), à savoir au cours de la première phase I et de la seconde phase II, sont recyclées en amont des phases d'élimination respectives.20 DEPOSANT: Centre Technique Industriel dit "CENTRE TECHNIQUE DE L'INDUSTRIE DES PAPIERS, CARTONS ET CELLULOSES" (Loi du 22/07/1948) MANDATAIRE: Cabinet LAURENT