Brevet FR2692605A1 — publié le 19931224

La présente invention concerne l'emploi d'un agent de dispersion particulier pour la réalisation de dispersions concentrées de charges minérales, destinées à l'industrie papetière. L' industrie papetière utilise des quantités importantes de charges minérales. Leur utilisation s'avère indispensable pour améliorer certaines propriétés ou caractéristiques des papiers fabriqués, telles que blancheur, opacité, caractère lisse, etc... Deux types d'application des charges minérales peuvent être concernés, soit l'utilisation de charges minérales dans les formulations destinées au couchage du papier, soit l'utilisation de ces charges dans le processus humide servant à la réalisation de la feuille. Selon les conditions d'application et les résultats recherchés la nature des charges minérales peut être diverse. On utilise cependant plus fréquemment des charges, telles que le carbonate de calcium, le kaolin, le talc ou le gypse. On prépare généralement des dispersions concentrées des charges avant de les utiliser dans l'une ou l'autre des opérations papetières précitées. I1 est donc désirable d'avoir des dispersions fluides, aussi concentrées que possible en matières solides, afin d'être transportables de façon économique aux différentes usines. On utilise fréquemment pour réaliser ces dispersions concentrées de charges minérales, des agents dispersants de polarité fortement anionique et possédant un pouvoir dispersant très élevé. Les plus fréquents de ces agents sont notamment des polyacrylates et/ou des phosphonates. Efficace quant au pouvoir dispersant, l'emploi de produits fortement anioniques présente cependant un certain nombre d'inconvénients, inconvénients précisément liés à leur charge. On peut par exemple citer, parmi les principaux inconvénients, une moindre affinité de la charge vis-à-vis de l'agent de liage servant à fixer la charge sur la partie cellulosique, et surtout l'incidence de produits fortement anioniques dans la récupération et le recyclage sur la machine à papier des déchets ou articles non conformes désignés plus fréquemment en terme de métier par l'appellation de "cassés couchés". L'introduction de ces déchets dans la partie humide de la machine à papier qui contient souvent des agents cationiques, peut en effet provoquer des effets parasites dus à l'anionicité des produits recyclés, de tels effets ayant pour conséquence une modification de la rétention des charges, voire une floculation des produits ou une diminution du liage du matériau fibreux. I1 a été observé de façon inattendue que l'emploi de dérivés de l'acide acrylique possédant une polarité relativement moins élevée que celle des produits actuellement utilisés, permet de réaliser des dispersions concentrées de charges minérales tout en permettant par ailleurs d r éviter les inconvénients précités dus à une trop forte anionicité des agents. Il a été trouvé, selon l'invention, que l'emploi, comme agent dispersant de charges, des copolymères décrits dans le brevet français 2 604 712, dont les enseignements sont incorporés ici par référence, permettait d'obtenir un pouvoir dispersant très élevé sur les diverses charges minérales sans présenter, ou dans une moindre mesure, les divers inconvénients connus et inhérents à l'emploi de produits fortement anioniques. La présente invention a donc pour objet une dispersion aqueuse et fluide, d'au moins une charge minérale contenant un agent dispersant anionique, caractérisée en ce que l'agent dispersant est un copolymère anionique comprenant des motifs dérivant de l'acide acrylique et de l'acrylamide dans un rapport pondéral allant d'environ 95:5 à 25:75, de préférence de 90:10 à 50:50, la distribution des masses moléculaires du copolymère, telle que déterminée par chromatographie analytique d'exclusion, étant telle que 60% au moins des masses moléculaires en poids soient inférieures à 500. On a trouvé que l'emploi des copolymères susmentionnés présente un certain nombre d'avantages importants - un pouvoir dispersant très élevé, égal ou supérieur à celui des polyacrylates actuellement utilisés pour réaliser la dispersion des charges minérales ; - une densité de charge électrique très nettement plus faible que celle des polyacrylates actuellement employés pour une même efficacité dispersante, cette propriété ayant pour conséquence d'apporter une amélioration de l'affinité entre charge et agent de liage conduisant à pouvoir accroître le taux de charge fixé par l'agent de liage, une réduction de la migration des charges ou pigments au cours du séchage, une amélioration de l'aspect des papiers réalisés en raison d'une meilleure couverture de la charge ; et une moindre incidence ou effet parasite dans le cas de recyclage des cassés couchés sur la machine à papier. La proportion de la charge minérale dans la dispersion de l'invention peut varier, selon l'application visée et la nature de la charge, de 25 à 85% en poids, de préférence de 55 à 65% en poids. La charge peut être n importe quelle charge utilisée dans l'industrie papetière, les plus usuelles étant le carbonate de calcium, le kaolin, le talc, et le gypse. La proportion de copolymère anionique incorporée dans la dispersion de l'invention peut aller de 0,01 à 1%, de préférence de 0,08 à 0,15%. De préférence, selon l'invention, on réalise la dispersion de l'invention en ajoutant la charge minérale à un milieu aqueux additionné de l'agent dispersant, dont le pH est compris entre 4 et 9. Les exemples non limitatifs suivants sont donnés dans le but d'illustrer la présente invention. Exemple 1 On prépare une dispersion concentrée contenant en poids 60% de carbonate de calcium en introduisant progressivement sous agitation 600g de carbonate de calcium dans 400g d'eau additionnés de lg du copolymère de l'exemple 1 du brevet français 2 604 712, dérivé de 75 parties d'acrylate de sodium et de 25 parties d'acrylamide. On ajuste le pH à 7,5 à l'aide d'acide acétique. Après addition de la totalité du carbonate de calcium, on obtient une dispersion fluide dont la viscosité déterminée à l'aide d'un viscosimètre Brookfield (Mobile N"2 ; Vitesse 100 t/mn) s'élève à 96 mPa. Comparativement une dispersion réalisée dans les mêmes conditions avec un polyacrylate de sodium ayant un poids moléculaire moyen de 5000 donne une viscosité de 150 mPa. Exemple 2 On prépare une dispersion concentrée contenant 65% en poids de kaolin en introduisant progressivement 650g de kaolin dans 350g d'eau maintenue sous agitation et additionnée de 1 gramme du copolymère de l'exemple 2 du brevet français 2 604 712, dérivé de 50 parties d'acrylate de sodium et 50 parties d'acrylamide. On ajuste le pH à 3 à l'aide d'acide acétique. On obtient une dispersion fluide de kaolin dont la viscosité déterminée dans les conditions de l'exemple 1 s'élève à 20 000 mPa. Comparativement une dispersion réalisée dans les mêmes conditions avec un polyacrylate de sodium d'un poids moléculaire moyen de 5000 donne une viscosité de 16 000 mPa. Exemple 3 On prépare les dispersions suivantes afin de réaliser une feuille de papier. A/ 1000g d'eau 3g de fibres cellulosiques servant à la fabrication du papier 0,5g d'un agent cationique constitué d'un polyaminoamide époxydé servant à améliorer la résistance à l'étant humide du papier. B/ On reprend une partie de la dispersion A dans laquelle on introduit O,lg par litre du copolymère utilisé dans l'exemple 1. C/ On reprend une partie de la dispersion A dans laquelle on introduit O,lg/l d'un polyacrylate de sodium d'un poids moléculaire moyen de 5000. On réalise ensuite, sur une formette, une feuille de papier avec les précédentes dispersions. On sèche les feuilles obtenues pendant 20 minutes à 105"C puis on détermine à l'aide d'un éclatomètre la résistance à l'état humide des papiers réalisés. On obtient les résultats suivants A. 2,5 Kg/cm2 B. 2,35 Kg/cm2 C. 1,9 Kg/cm2 Cet exemple illustre très clairement l'effet perturbateur d'un produit fortement anionique sur les produits à caractère cationique fréquemment utilisés dans le processus humide. L'observation des trois dispersions ci-dessus, avant la réalisation de la feuille, fait en outre apparaître une déstabilisation ou floculation rapide de la dispersion C. Une détermination de la densité de charge électrique effectuée sur des solutions (a) contenant lg/l du copolymère utilisé dans l'exemple 1 et (b) lg/l du polyacrylate de sodium de poids moléculaire moyen de 5000, donne respectivement les valeurs suivantes a. 4,8 mmol (C+)/g/l b. 9,6 mmol (C+)/g/l I1 va de soi que les modes de réalisation décrits ne sont que des exemples et l'on pourrait les modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Une dispersion aqueuse et fluide, d'au moins une charge minérale contenant un agent dispersant anionique, caractérisée en ce que l'agent dispersant est un copolymère anionique comprenant des motifs dérivant de l'acide acrylique et de l'acrylamide dans un rapport pondéral allant d'environ 95:5 à 25:75, la distribution des masses moléculaires du copolymère, telle que déterminée par chromatographie analytique d'exclusion, étant telle que 60% au moins des masses moléculaires en poids soient inférieures à 500. 2. Une dispersion selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit rapport pondéral va de 90:10 à 50:50. 3. Une dispersion selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la charge minérale comprend au moins l'une des charges suivantes : carbonate de calcium, kaolin, gypse, et talc. 4. Une dispersion selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la dispersion contient 25 à 85% en poids de charge. 5. Une dispersion selon la revendication 4, caractérisée en ce que la dispersion contient 55 à 65% en poids de charge. 6. Une dispersion selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle présente un pH de 4 à 9.