Brevet FR2693213A1 — publié le 19940107

PROCEDE DESTINE A DIMINUER L INTKRACTION ENTRE FIBRES DANS UN TISSUE ET MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE, NOTAMMENT POUR FABRIQUER DES TISSUES HULTI-STRATES La présente invention concerne un nouveau procédé destiné à diminuer l'interaction entre fibres dans un papier tissue et la mise en oeuvre de ce procédé. notamment pour la fabrication de papier tissues multi-strates. Les tissues ou papiers crêpes à base d'ouate de cellulose trouvent de nombreuses applications dans le domaine ménager ou domestique. En fonction des applications visées, on cherche à maîtriser leurs propriétés mécaniques, en particulier leur résistance, leur toucher pour améliorer en particulier leur douceur. leur caractère absorbant ou leur bouffant. Pour certaines applications, on cherche à faire des feuilles qui. à l'intérieur du même pli. présentent plusieurs strates de propriétés et de structures différentes, par exemple une strate apportant un effet duveteux en surface de la feuille et une strate centrale apportant du bouffant. On connaît différents procédés d'élaboration de feuilles papetières par voie humide. Tous mettent en oeuvre une dispersion des fibres papetières dans un milieu aqueux. Un perfectionnement particulièrement avantageux de ce type de procédé en vue d'améliorer l'homogénéité de la dispersion des fibres consiste à utiliser comme milieu aqueux une mousse obtenue par introduction de tensioactifs moussables, solubles dans l'eau, et à réaliser la dispersion des fibres au sein de cette mousse. De tels procédés dits "procédés mousse" sont en particulier décrits dans le brevet US 4443297. D'une façon générales les feuilles de papier crêpé sont préparées dans des machines de type FOURDRINIER, par exemple ou double toile ou autre, à partir de fibres de cellulose préalablement dispersées dans un milieu aqueux et réparties sur une toile où la pâte est égouttée puis séchée entre des rouleaux. La feuille, après avoir été séchée par passage dans une hotte à air chaud, est ensuite crêpée puis calandrée. I1 a été observé que l'étape de passage dans la hotte à air chaud induit sur la face de la feuille située côté hotte un certain effet de rugosité qui est contraire à l'effet de douceur généralement recherché. La présente invention, en offrant une solution générale pour diminuer les liaisons entre les fibres permet d'apporter une solution particulière au problème signalé ci-dessus en fournissant un moyen d'obtenir une feuille dont l'effet duveteux en surface se trouve accru du fait de la diminution des liaisons entre les fibres dans cette zone. Ainsi, la présente invention apporte un moyen utilisable en particulier pour améliorer la douceur de la couche de surface d'un papier multi-strates tel qu'on peut par exemple en préparer en utilisant une machine à papier avec une caisse de tête multijets, connue en soi. Ainsi, la présente invention apporte une solution aux problèmes dans lesquels on cherche à apporter un gain de douceur soit à la totalité d'une feuille, soit à une de ses strates. En outre, la solution apportée est tout particulièrement compatible avec les procédés mousses. Selon une de ses caractéristiques essentielles, l'invention concerne un procédé destiné à diminuer l'interaction entre fibres dans une feuille de papier tissue obtenue dans une technique papetière par voie humide caractérisé en ce qu'il comprend une étape de traitement des fibres papetières par un produit polycationique suivie d'une étape de dispersion desdites fibres dans un mélange aqueux contenant un agent tensioactif anionique. Les produits polycationiques utiles selon l'invention sont avantageusement des composés polymères à base d'azote généralement utilisés dans l'art antérieur pour améliorer la résistance humide ou sèche du papier, ou la rétention des fibres dans la machine à papier. A titre d'exemples de tels produits, on citera tout particulièrement les produits de réaction des amines et aminopolyamines avec l'épichlorhydrine, les polyacrylamides, les polymères du type polyamine quaternaire ayant notamment une masse moléculaire comprise entre 50 000 et 100 000. Parmi les produits polycationiques utiles selon l'invention on citera des produits commerciaux comme par exemple le produit commercialisé sous la marque KYNENE qui est un produit de réaction de l'épichlorhydrine avec une polyamine de condensation obtenue à partir de l'acide adipique et de la di- éthylène-triamine et où les sites cationiques sont formés par conversion de l'amine secondaire en ammonium quaternaire par alkylation de l'épichlorhydrine. Ce produit, bien connu de l'homme de l'art est utilisé généralement comme additif destiné à augmenter les caractéristiques de résistances sèche et humide. On peut citer également les produits vendus sous la marque CYPRO qui sont des produits de la réaction de l'épichlorhydrine sur la diméthylamine. On connaît aussi le produit vendu sous la marque PAREZ qui est une résine mélamine formaldéhyde.Pour autant que puisse le savoir la demanderesse, aucun de ces produits n'est utilisé à l'heure actuelle pour obtenir un effet déliant des fibres papetières. Ces produits polycationiques seront utilisés dans des proportions telles qu'une partie de leurs sites positifs soit fixée sur les sites négatifs portés par les fibres de cellulose lors de la première étape du procédé alors que l'autre partie de ces sites reste disponible pour réagir lors de l'étape de dispersion des fibres avec les sites négatifs portés par le tensioactif anionique contenu dans le milieu aqueux de dispersion conduisant ainsi à des pontages entre la fibre et l'agent tensioactif. Comme agent tensioactif anionique, on pourra utiliser tout tensioactif anionique connu de l'homme du métier. Selon une variante avantageuse de l'invention, le milieu utilisé pour assurer la dispersion des fibres est constitué d'une mousse résultant de la dispersion fine de bulles d'air dans un milieu contenant de l'eau et un agent tensioactif anionique à effet moussant. Un tel procédé dans lequel l'agent tensioactif sert à générer une mousse par absorption d'air dans le mélange aqueux sera désignè par procédé "mousse". Parmi les tensioactifs anioniques à effet moussant, on citera les sulfonates, les sulfates, les carboxylates et les phosphates. On choisira avantageusement des agents tensioactifs contenant une chaîne hydrocarbonée aliphatique longue, par exemple une chaîne en C10-C18. Le procédé selon l'invention est applicable à tous les types de fibres de cellulose classiquement utilisées pour la préparation de papier tissue. On pourra en particulier aussi bien l'appliquer à des pâtes non raffinées que raffinées. La quantité de produit polycationique utilisé pour le traitement préalable des fibres est déterminée en fonction du nombre des sites négatifs disponibles sur la cellulose et de l'effet déliant plus ou moins grand recherché. Cette quantité dépendra donc essentiellement de l'origine des fibres utilisées ainsi que de leur degré de raffinage. Ainsi, à titre d'exemple, avec une pâte de résineux à demande en calcium assez faible, donc présentant peu de sites anioniques disponibles, la saturation de ces sites anioniques par le produit polycationique sera atteinte pour des doses beaucoup plus faibles que celles observées avec une pâte de bouleau par exemple présentant une demande en calcium nettement plus élevée. L'effet du raffinage sur la fibre est de générer de nouveaux sites anioniques. On conçoit donc que celui-ci aura pour conséquence de nécessiter des quantités plus grandes de produits polycationiques pour obtenir l'effet déliant maximal. Selon une de ces variantes avantageuses, l'invention concerne l'utilisation du procédé, tel qu'il vient d'être exposé, dans le cadre d'un procédé permettant d'obtenir une feuille multi-strates et plus particulièrement son utilisation pour améliorer les qualités de toucher d'une des couches externes d'un tel produit. La demanderesse a pu constater que, dans les systèmes traditionnels de préparation des feuilles papetières, l'étape de crêpage de la feuille en sortie de la hotte de séchage induit une certaine rugosité sur la face située côté hotte de la feuille. La demanderesse a maintenant découvert qu'en utilisant un procédé permettant de réaliser une feuille multi-strates et en mettant en oeuvre le procédé selon l'invention tel qu'il a été décrit précédemment pour la réalisation de la couche située sur la face située côté hotte de ladite feuille, on pourrait compenser l'effet désagréable constaté sur la face côté hotte et créer notamment le caractère duveteux de toucher généralement recherché. Parmi les procédés permettant de réaliser des feuilles multistrates on citera tout particulièrement un procédé qui utilise un système d'injection multi-jets pour disposer sur la toile des couches successives de suspensions de fibres de compositions différentes. Dans ce procédé, un système constitué d'une caisse de tête cloisonné permet d'envoyer sur la toile trois couches de suspension fibreuses de compositions différentes. En utilisant pour former la couche côté hotte de la feuille des fibres préalablement traitées par un produit polycationique et mises en suspension dans un milieu contenant un agent tensioactif anionique, on obtient, en surface du papier, côté hotte, une couche dont le caractère duveteux se trouve considérablement accru. Ainsi, en utilisant une machine à tissue classique munis d'une caisse de tête permettant l'injection multi-jets et destinée à la préparation de feuilles multi-strates, à condition d'utiliser un fluide porteur contenant un agent tensioactif anionique, on préparera, par exemple, un papier multi-strates, dont une des strates contiendra des fibres préalablement traitées par un produit polycationique, de façon à obtenir, dans cette strate, un effet déliant accru des fibres conformément à l'invention. A titre d'exemple, on préparera un papier constitué de trois strates de compositions différentes, par exemple - la strate, au contact du cylindre sécheur, ne contient que de la pâte à papier de résineux ou de bois feuillus qui peut être raffinée ou non - la strate centrale inclut un pourcentage non négligeable de pâtes hautement résilientes à l'état humide, qui donnent du bouffant à la feuille - Enfin, la strate opposée, dite côté hotte, est préalablement traitée par un produit polycationique. Ce produit qui se fixe sur les fibres réagit également avec le surfactant anionique pour générer in-situ un produit à effet déliant. On réalise ainsi une feuille de papier tissue présentant sur une de ses faces un aspect très duveteux pour pallier l'aspect rugueux provoqué par le racle de la machine à papier. Dans l'exemple ci-dessus, le tensioactif est avantageusement choisi parmi les tensioactifs anioniques moussants permettant la mise en oeuvre d'un procédé, de type "procédé mousse. Les exemples qui suivent, donnés à titre non limitatif de la présente invention, illustrent clairement son principe en mettant en évidence l'effet déliant obtenu, caractérisé par la diminution de la force de rupture des feuilles de tissue, lors de la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Exemples Les exemples qui suivent ont été réalisés sur différentes sortes de fibres, raffinées ou non. Les essais ont été réalisés sur les formettes de papier de 25 g/m2 préparées sur un appareil de type FRANK, connu de l'homme de l'art. Exemple 1 Dans cet exemple, le prétraitement des fibres a été réalisé avec un produit polycationique de type polyamine quaternaire vendu sous la marque CYPRO par AMERICAN CYANAMID. Ce produit est connu de l'art antérieur comme agent promoteur utilisé quand on veut réaliser des pontages entre la cellulose et de matières anioniques il n'est pas connu pour avoir été utilisé dans le but de le modifier les propriétés de résistance tant humide que sèche. Le tensioactif anionique choisi dans les exemples est un sulfonate d'alpha-oléfine. On a, dans les différents essais, mis en évidence tout d'abord l'effet séparé des deux traitements : prétraitement des fibres par un produit polycationique d'une part, et action d'un tensioactif anionique d'autre part. On montre ensuite l'effet déliant obtenu lorsque l'on met en oeuvre le procédé de l'invention. Effet du produit oolvcationiaue seul Cet essai a été réalisé sur machine de FRANK avec une pâte de résineux, pour trois concentrations différentes de produit polycationique (0, lkg/t, 3 kg/t). Les forces de rupture observées, représentées en mètres selon la norme usuelle, sont consignées dans le Tableau I ci-dessous. On indique également en pourcentage comment varie la force de rupture par rapport à celle (1676) observée avec des fibres non traitées, pour des quantités différentes de produit polycationique exprimées en kg par tonne de fibres. TABLEAU I Quantité de poly- 0 1kg/5 3 kg/t cationique J Force de rupture J 1810 1 1914 J pâte non raffinée 1 ---- = 108 X J ---- = 114,2 % J 1 1676 1 1676 1 1676 Force de rupture 5368 1 5186 1 5292 pâte raffinée ---- = 320,3 % ---- = 309,4 % ---- = 315,7 % 1676 1676 1676 On constate un léger gain de résistance à la rupture, à sec, sur la pâte non raffinée, mais celui-ci disparaît après raffinage. Effet de la présence d'un tensioactif dans le milieu aqueux Les essais ont été réalisés en présence de 200 ppm de sulfonate d'alpha-oléfine (désigné ici par AOS). Le Tableau II ci-dessous donne les valeurs des forces de rupture (en mètres), en les comparant à celles obtenues dans les mêmes conditions mais en absence d'agent tensioactif ; il illustre la diminution des forces de rupture liée à ce traitement. TABLEAU II Pâte de résineux Pâte de feyukys non raffinée raffinée non raffinée Effet déliant dû 940 3082 1109 aux 220 ppm d'AOS ----56% -----=57,4 % -----=58 % 1676 5368 1911 On observe donc un certain effet déliant produit par l'agent tensioactif dans les conditions d'élaboration de la feuille (machine de FRANK). On notera cependant qu'un tel effet ne serait pas nécessairement observé avec d'autres conditions de formation de la feuille (dans une machine à papier industrielle par exemple). Effet du procédé selon l'invention Les Tableaux III et III' ci-dessous rassemblent les résultats observés concernant l'abaissement de la force de rupture de différentes feuilles de papier tissue obtenues à partir de différents types de fibres de résineux ou de feuillus non raffinées (tableau III) ou de pâte de résineux raffinée (tableau III'). Les feuilles ont été formées avec des pâtes traitées préalablement par addition de polymère polycationique à raison de 1 et 3 kg/t de fibres respectivement. Les feuilles ont été formées ensuite en présence de 200 ppm d'agent tensioactif anionique. TABLEAU III J Pâte de résineux J Pâte de feuillus I 1kg/t 3 kg/t 1kg/t 3kg/t Baisse additionnelle 588 586 694 546 J de résistance J --- = 62,6 %| --- = 62,4 %| ----= 62,5 %| ----= 49,2 %| (Comparée aux 939 939 1109 1109 J résultats du I I I I tableau II @ J pour l'exemple| I avec Aos) TABLEAU III' O kg/t 1 kg/t 3 kg/t baisse 3082 2419 2978 J de résistance J ---- = 57,4 %| ---- = 45,06 %| ---- = 38,71 %| totale 5368 5368 5368 (par rapport aux J résulatats sans AOS) baisse 2419 2078 aditionnelle ---- = 78.4 % ---- = 67.4% |(comparée aux g 9082 3082 résultats avec AOS) De ces exemples, il ressort que la quantité de produit polycationique est à ajouter en fonction des sites anioniques disponibles sur la cellulose. Si la pâte a une forte demande en calcium, comme la pâte de bouleau utilisée, l'effet déliant augmente avec la dose de réactif. La pâte de résineux utilisée a une demande en calcium assez faible, donc peu de sites disponibles. Ces sites sont déjà saturés avec 1 kg/t de CYPRO et peut être moins (Tableau III). Quand on raffine cette pâte, on génère de nouveaux sites anioniques sur la cellulose, ce qui explique l'effet déliant supplémentaire constaté avec 3 kg par tonne (Tableau III'). Exemple 2 Des formettes de 25 g/m2 ont été préparées comme précédemment sur un appareil de type FRANCK, avec différentes pâtes de bois de feuillus, non raffinées ; ces pâtes sont vendues sous les marques ALIZAY, KOTLAS, OSTRAND, TOFTE, respectivement. Le Tableau IV suivant résume les valeurs de la longueur de rupture obtenue pour chacune des pâtes selon que la formation a été effectuée en milieu aqueux ou bien en milieu mousse. Dans ce dernier cas on a utilisé un milieu tensioactif anionique de type sulfonate d'alpha-oléfine. TABLEAU IV Pâte ALIZAY KOTLAS TOFTE X OSTRAND C- Origine France URSS Norvège Suède Essence Mélange Tremble Eucalyptus Bonleau IONGUEUR Formation eau 1100m 1640 m 18000 m DE RUPTURE + 200 ppm 500 m 500 m 650 m 950 m J EN J surfactant @ METRES + 100 ppm 915 m surfactant L'objet de l'essai a pour but de comparer les résultats obenus avec deux agents polycationiques : KYMENE, CYPRO, à ceux obtenus avec un agent déliant de la cellulose de l'art antérieur : une amine quaternaire commercialisée sous la marque BEROL 595. La formule de ce dernier est du type RI CH3 + N Ci R2 CH3 Les produits sont ajoutés à raison de 1, 3, 5, 10, 20 Kg/T, compté en produit commercial, sur de la pâte en suspension dans un milieu eau auquel on ajoute ensuite 200 ppm de surfactant anionique. On a mesuré les longueurs de rupture en fonction de la quantité de produit ajouté. Les résultats sont rassemblés dans le Tableau V. On constate que les effets sont identiques pour chaque pâte. Le EYMENE donne son effet maximum à 5 kg/T, ensuite les résistances sont constantes. Le CYPRO donne son effet maximum à 3 kg/T ensuite les résistances sont constantes. Le Berol donne son effet maximum à 10 kg/t mais la zone d'inflexion de la courbe représentant la décroissance des résistances en fonction de la quantité de produit est autour de 3 kg/T. D'une façon générale, le CYPRO a un effet très puissant sur les résistances dès l'ajout de 1 kg/T. A 2,5 kg/T, son effet est identique à celui du déliant de l'art antérieur, le BEROL. Ce dernier continue ensuite à faire décroître la valeur de la résistance alors que le CYPRO atteint une limite. Quant au EYMENE, il induit une perte de résistance, mais d'une façon beaucoup moins prononcée. TABLEAU V PATE Quantité 0 1 3 5 10 20 50 ajoutée en Eg/I EYMENE 500 424 389 408 379 415 392 EOTLAS CYPRO 500 388 333 306 305 292 BEROL 500 387 312 264 226 189 RYMENE 530 495 398 367 344 340 309 ALIZAY CYPRO 530 324 306 264 262 257 BEROL 530 485 276 229 150 133 OSTRAND KYMENE 850 - - 571 523 478 BIRCH CYPRO 990 685 - - - - BEROL 1000 926 848 837 659 - On remarquera le cas de la pâte Ostrand Birch. C'est une pâte qui, en milieu surfactant anionique, est beaucoup plus résistante que les autres Nous savions déjà que, non raffinées, les pâtes de bouleau étaient très résistantes. Pour cette pâte, l'effet déliant du BEROL est négligeable. Mais celui du CYPRO et du KYMENE beaucoup plus prononcé. Dans tous les cas, le CYPRO, en pontant le surfactant et la cellulose, donne un effet déliant fort, pour des taux d'addition compris entre 1 et 3 kg/T. En ajouter plus ne sert à rien. L'effet ponteur des produits polycationiques est confirmé par les dosages du surfactant anionique fixé sur la fibre comme cela apparait nettement sur le Tableau VI. Pâte Ostrand Birch : surfactant anionique fixé en g/kg de papier. TABLEAU VI I I I I I I | I Produit cationique 0 1 3 5 10 20 ajouté en kg/t eau + 200 ppm surfactant CYPRO 0.85 1.92 5.74 7.38 KYMENE 0.85 1.28 1.49 2.50 3.64 6.40 BEROL 0.85 0.81 1.10 1.62 REVENDICATIONS 1) Procédé destiné à diminuer l'interaction entre fibres dans une feuille de tissue préparée selon une technique papetière par voie humide, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de traitement des fibres papetières par un produit polycationique suivie d'une étape de dispersion desdites fibres dans un mélange aqueux contenant un agent tensioactif anionique. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le produit polycationique est un produit polymère à base d'azote du type généralement utilisé pour améliorer la résistance humide ou sèche du papier, ou la rétention des fibres sur la machine à papier. 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le produit polycationique est une polyamine quaternaire. 4) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre dans le cadre d'un procédé mousse dans lequel l'agent tensioactif sert à générer la mousse par absorption d'air dans ledit mélange aqueux. 5) Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le tensioactif est un sulfonate d'alpha-oléfine. 6) Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le produit polycationique est une polyamine quaternaire et le tensioactif un sulfonate d'alpha-oléfine. 7) Utilisation du procédé selon l'une des revendications 1 à 6, pour obtenir un effet déliant accru dans l'une ou moins des strates d'une feuille de tissue résultant d'un procédé multi-jets. 8) Feuille de tissue multi-strates issue d'un procédé utilisant une injection multi-jets, caractérisée en ce que les fibres constituant l'une au moins des strates ont été traitées par un produit polycationique puis ont été dispersées dans un mélange aqueux contenant un agent tensioactif anionique. 9) Feuille selon la revendication 8, caractérisée en ce que la strate située côté hotte lors de l'opération de séchage de ladite feuille contient des fibres préalablement traitées par un produit polycationique.