Brevet FR3160713A1 — publié le 20251003

L’invention concerne une composition aqueuse pour la préparation d’une sauce papetière de couchage rideau. Cette composition comprend un composé tensio-actif non-sulfoné, des particules minérales, un agent liant et un agent épaississant. Elle ne comprend aucun composé sulfosuccinate. L’invention concerne également une méthode de couchage rideau pour la préparation de papier ou de carton. COMPOSITION POUR SAUCE DE COUCHAGE PAPETIÈRE L’invention concerne une composition aqueuse pour la préparation d’une sauce papetière de couchage rideau. Cette composition comprend un composé tensio-actif non-sulfoné, des particules minérales, un agent liant et un agent épaississant. Elle ne comprend aucun composé sulfosuccinate. L’invention concerne également une méthode de couchage rideau pour la préparation de papier ou de carton. Pour la fabrication du papier ou du carton, nombre de méthodes ou de techniques sont disponibles. Parmi ces méthodes, le couchage rideau présente beaucoup d’avantages. Le couchage au rideau ou enduction au rideau est un procédé pour appliquer un fin film liquide sur du papier ou du carton. Le film de liquide est produit par une filière afin d’obtenir une épaisseur constante ; il est ensuite soumis à une chute libre avant d'entrer en contact avec la surface à revêtir. Ce procédé permet de revêtir à très grande vitesse avec une grande qualité tout en permettant d'appliquer plusieurs couches en une application. La couche appliquée est généralement régulière et homogène, y compris lorsque le substrat présente une certaine rugosité ou lorsqu’il possède une surface irrégulière. Le couchage rideau comprend l’écoulement libre de la composition de couchage papetière sur le substrat à partir d’une tête d’enduction. Un rideau vertical est formé avec la composition de couchage sur le substrat à revêtir qui est déplacé sous le rideau. En l’absence d’élément physique de production de la couche tel que lame, racle, tige ou barre, le rideau doit intrinsèquement posséder les propriétés permettant la dépose et le maintien efficaces sur le substrat. Ainsi, le couchage résulte du contact du rideau chutant sur le substrat en mouvement, la formation et la stabilité du rideau de sauce de couchage constituent des caractéristiques essentielles de ces méthodes. Il est important de pouvoir contrôler l’étirement ou élongation du film pour des vitesses très différentes tant lors de sa formation mais également au moment d’entrer en contact avec le substrat. Également, le contrôle de la tension dynamique superficielle est particulièrement important, notamment lorsque le débit lors de l’application est réduit. Notamment, il est nécessaire de produire un débit minimal permettant de former un rideau stable. Un extrait sec élevé en pigment de la composition de couchage constitue également une propriété importante pour ces méthodes. De même, on recherche une vitesse élevée du substrat lors du contact avec le rideau de sauce de couchage. Finalement, on cherche généralement à déposer uniformément une quantité réduite de pigment sur le substrat. Le poids de la couche présente sur le substrat peut alors être abaissé. Affiner l’épaisseur du rideau sans dilution excessive du pigment est également une propriété recherchée. Par ailleurs, la compatibilité des différents constituants d’une sauce de couchage papetière doit également être prise en compte, notamment pour éviter de déstabiliser le rideau. On cherche également à limiter ou à bannir l’utilisation de substances pouvant conduire à des phénomènes ultérieurs de migration au sein du papier ou du carton, en particulier lorsque ces substances posent des problèmes sanitaires ou réglementaires, par exemple dans le domaine des emballages alimentaires. De plus, la composition de couchage rideau mise en œuvre ne devrait pas modifier la capacité d’impression du papier couché ou du carton couché. Les différents ingrédients combinés au sein d’une sauce de couchage papetière ne permettent pas toujours d’apporter de solution satisfaisante à ces différents problèmes. Il existe donc un besoin de disposer de compositions de préparation de sauces de couchage rideau possédant des propriétés améliorées. La composition aqueuse de préparation d’une sauce de couchage papetière selon l’invention permet d’apporter une solution à tout ou partie des problèmes des compositions de l’état de la technique. Ainsi, l’invention fournit une composition aqueuse, exempte de composé sulfosuccinate, pour la préparation d’une sauce papetière de couchage rideau comprenant : * au moins un composé tensio-actif (a) non-sulfoné, * au moins un matériau minéral (b) sous forme de particules, * au moins un agent liant (c), * au moins un agent épaississant (d) et * de l’eau. La composition selon l’invention ne comprend aucun composé sulfosuccinate, en particulier aucun composé sulfosuccinate tensio-actif. Elle ne comprend pas de composé tensio-actif sulfoné. Elle exclut donc la présence de composé comprenant un groupement S(O)(O)OH sous cette forme acide ou bien sous une forme salifiée ou sous la forme d’un ester. Par ailleurs, la composition aqueuse selon l’invention comprend les ingrédients actifs essentiels (a), (b), (c) et (d) et aucun composé sulfosuccinate en tant qu’ingrédient actif influençant directement l’application par couchage rideau. Un composé sulfosuccinate pourrait être utilisé lors de la préparation d’un ingrédient de la composition selon l’invention sans que ce composé sulfosuccinate n’influence directement les propriétés requises pour l’application par couchage rideau. Selon l’invention, la composition aqueuse peut comprendre un unique composé (a) ou bien plusieurs composés (a) différents, notamment sous la forme d’un mélange de plusieurs composés (a). De préférence lors de la mise en œuvre de plusieurs composés (a), la composition selon l’invention comprend 2 ou 3 composés (a) différents, notamment sous la forme d’un mélange de 2 ou 3 composés (a). De manière préférée pour la composition selon l’invention, le composé (a) est un alcool primaire polyalkoxylé ou un alcool oxo polyalkoxylé. Plus préférentiellement, le composé (a) est un alcool oxo primaire polyalkoxylé choisi parmi un alcool oxo primaire linéaire polyalkoxylé, un alcool oxo primaire ramifié polyalkoxylé et leurs combinaisons. Le composé (a) est plus préférentiellement un composé de formule I : [chem I] RCH 2 (OE) m (OP) n OH dans laquelle : * R représente indépendamment un groupement C 2 -C 20 -alkyl, de préférence un groupement C 2 -C 20 -alkyl choisi parmi un groupement C 2 -C 20 -alkyl linéaire, un groupement C 3 -C 20 -alkyl ramifié et leurs combinaisons, * m et n représentent indépendamment 0 ou un nombre allant de 2 à 50, l’un de m et n est non-nul, * OE représente un groupement oxyéthylène et * OP représente un groupement oxypropylène. De manière préférée selon l’invention, le composé (a) est un composé de formule I dans laquelle R représente indépendamment un groupement C 4 -C 20 -alkyl ramifié, de préférence un groupement C 6 -C 15 -alkyl ramifié, plus préférentiellement un groupement C 8 -C 12 -alkyl ramifié ou un groupement 3-methyl-decenyl. De manière préférée selon l’invention, le composé (a) est choisi parmi les alcools oxo primaires polyalkoxylés de formule I dans laquelle R représente un groupement C 9 -C 10 -alkyl ramifié ou une combinaison de groupements C 9 -C 10 -alkyl ramifiés. De manière préférée selon l’invention, m représente un nombre allant de 2 à 50, de préférence de 2 à 30 ou de 3 à 15, et n représente 0. Outre le composé tensio-actif (a), la composition selon l’invention comprend des particules de matériau minéral (b). De manière préférée selon l’invention, la composition comprend un seul matériau minéral (b) ou bien deux ou trois matériaux minéraux (b). De manière plus préférée selon l’invention, la composition comprend un seul matériau minéral (b) ou bien deux matériaux minéraux (b). Selon l’invention, le matériau minéral (b) peut être synthétique ou d’origine naturelle. De préférence, le matériau minéral (b) est choisi parmi les carbonates de métal alcalino-terreux, de préférence carbonate de calcium (carbonate de calcium naturel ou carbonate de calcium précipité), carbonate de strontium, carbonate de magnésium, carbonate de baryum, dolomie, kaolin, dioxyde de titane, talc, chaux, sulfate de calcium, sulfate de baryum, silices, silicates et leurs combinaisons. Plus préférentiellement, le matériau (b) est choisi parmi carbonate de calcium (carbonate de calcium naturel ou carbonate de calcium précipité), kaolin, dioxyde de titane et leurs combinaisons. La composition selon l’invention permet de produire une couche de particules de matériau minéral (b) sur un substrat, notamment du papier ou du carton, par couchage rideau. Selon l’invention, la taille des particules de matériau (b) peut être adaptée. De préférence, la composition selon l’invention met en œuvre des particules de matériau minéral (b) ayant une taille (d 50 ) inférieure à 50 µm ou bien une taille inférieure à 20 µm, de préférence inférieure à 10 µm. Également de préférence, la composition selon l’invention met en œuvre des particules de matériau minéral (b) ayant une taille (d 50 ) allant de 0,05 µm à 50 µm ou de 0,05 µm à 20 µm, de préférence de 0,05 µm à 10 µm. Selon l’invention, la caractéristique d 50 ou diamètre médian est la valeur du diamètre des particules d’une population de particules pour laquelle 50 % en volume des particules ont une taille inférieure à cette valeur. Dans ce cas, 50 % en volume des particules ont une taille supérieure à cette valeur. Pour une distribution volumique, 50 % du volume total de la population de particules correspond au volume des particules de diamètres inférieurs au d 50 . Graphiquement, la taille médiane correspond donc au diamètre qui divise la distribution en deux parties d'aires égales. De manière préférée selon l’invention, le diamètre équivalent sphérique des particules de matériau minéral (b), pour une taille allant de 0,05 µm à 50 µm ou inférieure à 50 µm, de préférence pour une taille inférieure à 10 µm, plus préférentiellement inférieure à 5 µm ou à 2 µm, encore plus préférentiellement inférieure à 1 µm ou inférieure à 0,5 µm, est égal à 60 % en poids sec ou égal à 70 % ou encore égal à 80 % ou bien encore égal à 90 %. La composition selon l’invention comprend au moins un agent liant (c) qui permet de maintenir les particules de matériau minéral (b) sur le substrat. De manière préférée pour la composition selon l’invention, l’agent liant (c) est un agent liant naturel comme l’amidon, la carboxymethyl cellulose (CMC), des hydroxyethyl celluloses, la caséine, des protéines, des alginates, ou un agent liant synthétique comme un latex. De manière plus préférée, l’agent liant (c) est choisi parmi un polymère styrène-butadiène, un polymère styrène-acrylique, un polymère styrène-acétate, un polymère vinylacétate, plus préférentiellement un polymère styrène-acrylique ou un polymère styrène-butadiène. Selon l’invention, la rhéologie de la composition aqueuse pour la préparation d’une sauce papetière de couchage rideau est contrôlée au moyen d’au moins un agent épaississant (d). De manière préférée pour la composition selon l’invention, l’agent épaississant (d) est choisi parmi un polymère polyacrylamide, un polymère ASE, un polymère HASE, un polymère poly(oxyde d’éthylène). Au sein de la composition selon l’invention les proportions des différents ingrédients peuvent varier. De manière préférée, la composition selon l’invention comprend : * de 0,2 % en poids sec à 6 % en poids sec de composé (a), * de 60 % en poids sec à 90 % en poids sec de matériau minéral (b), * de 2 % en poids sec à 20 % en poids sec d’agent liant (c), * de 0,5 % en poids sec à 5 % en poids sec d’agent épaississant (d) et * de 7,3 % en poids à 37,3 % en poids d’eau. De manière plus préférée, la composition selon l’invention comprend : * de 0,3 % en poids sec à 6 % en poids sec de composé (a), * de 80 % en poids sec à 90 % en poids sec de matériau minéral (b), * de 8 % en poids sec à 15 % en poids sec d’agent liant (c), * de 0,5 % en poids sec à 5 % en poids sec d’agent épaississant (d) et * de 1,2 % en poids à 12,2 % en poids d’eau. La composition selon l’invention peut comprendre d’autres ingrédients sous la forme d’adjuvants, en particulier au moins un adjuvant choisi parmi agents dispersants, agents anti-mousse, agents biocides, agents colorants, agents lubrifiants, agents réticulants et agents azurants optiques. De manière très avantageuse selon l’invention, la composition est préparée par mélange des différents ingrédients, de préférence par addition dans l’eau et sous agitation de ces ingrédients. La composition aqueuse selon l’invention pour la préparation d’une sauce papetière de couchage rideau possède de très bonnes propriétés et permet le couchage d’un substrat, notamment de papier ou de carton. L’invention fournit donc une méthode de préparation de papier couché ou de carton couché comprenant l’utilisation d’une composition aqueuse selon l’invention. De préférence selon l’invention, cette composition est mise en œuvre lors d’une ou plusieurs étapes de couchage rideau du papier ou de carton. Pour cette méthode de préparation selon l’invention, la composition est déposée à la surface du papier ou du carton lors d’au moins une étape de couchage rideau avec une dépose après séchage de 1 g/m² à 15 g/m², préférentiellement de 1 g/m² à 10 g/m² ou de 1 g/m² à 6 g/m². De manière avantageuse, la méthode selon l’invention permet de contrôler efficacement le débit de la composition lors de son application sous la forme d’un rideau qui est généralement produit au moyen d’une filière. Le débit mesure la quantité volumique de composition qui est appliquée par seconde en fonction de la dimension de la filière. De manière préférée pour la méthode de préparation de papier couché ou de carton couché selon l’invention, le débit de composition est inférieur à 0,9 cm 2 /s, de préférence inférieur à 0,8 cm 2 /s. Également de manière préférée pour cette méthode de préparation selon l’invention, la composition possède une tension de surface dynamique, mesurée à 100 ms au moyen d’un tensiomètre à pression de bulle, inférieure à 60 mN/m. De manière plus préférée, la composition possède une tension de surface dynamique inférieure à 58 mN/m ou à 56 mN/m. De manière très avantageuse pour cette méthode de préparation selon l’invention, la composition possède une viscosité sous faible cisaillement (viscosité Brookfield à 100 tr/min) suffisante et compatible pour le procédé de couchage rideau De manière préférée selon l’invention, la composition possède une viscosité sous faible cisaillement (viscosité Brookfield à 100 tr/min) allant de 100 mPa.s à 1 000 mPa.s. Plus préférentiellement, elle va de 300 mPa.s à 700 mPa.s ou de 300 mPa.s à 550 mPa.s. Les caractéristiques avantageuses, particulières ou préférées de la composition selon l’invention définissent des méthodes de préparation de cette composition ainsi que des méthodes de préparation de papier couché ou de carton couché selon l’invention qui sont également avantageuses, particulières ou préférées. Les différents aspects de l’invention peuvent être illustrés par des exemples. EXEMPLES Exemple 1 : Préparation de compositions aqueuses selon l’invention et compa r ative On mélange sous agitation au moyen d'un appareil de dispersion « VMI Turbotest » : - 60 parts en masse de particules d’un premier matériau (b) (carbonate de calcium à 78 % en poids dans l’eau, d50 = 0,7 µm), - 40 parts en masse de particules d’un deuxième matériau (b) (kaolin délaminé à 69 % en poids dans l’eau, d50 = 0,5 µm), - 10 parts d’un agent liant (c) (latex styrène-butadiène carboxylé à 50 % en poids dans l’eau, Tg 0°C), - 0,15 part d’un agent épaississant (d) (émulsion anionique eau dans l’huile de polyacrylamide-acrylate commerciale), à la quantité d’eau permettant d’aboutir à un mélange possédant un extrait sec de 62 % en masse et un pH de 8,8 par addition de soude en solution aqueuse à 20 % en poids. Puis, on ajoute sous agitation au moyen d’un agitateur muni d’une pale défloculeuse, 0,15 part en masse de composé (a) de formule I, dans laquelle R représente un groupement C 11 -alkyl ramifié, m représente 8, n représente 0 et OE représente un groupement oxyéthylène, pour obtenir la composition C1 selon l’invention dont la viscosité Brookfield à 100 tour/min et à 25°C mesurée au moyen d’un viscosimètre Brookfield DV-I équipé d’un module n°3, est de 505 mPa.s et la tension superficielle dynamique à 100 ms mesurée au moyen d’un tensiomètre à pression de bulle de type « Krüss » BPT-mobile est de 58 mN/m. De manière analogue, on prépare et on caractérise la composition comparative CC1 en remplaçant le composé (a) par 0,15 part en masse d’un composé tensio-actif octylsulfosuccinate de sodium. De la même manière que pour la composition C1, on mesure la viscosité Brookfield de la composition CC1 qui est de 490 mPa.s et sa tension superficielle dynamique qui est de 51 mN/m. Exemple 2 – P réparation et caractérisation de rideaux de couchage de papier ou de carton À partir de la composition C1 selon l’invention, on produit un rideau de couchage au moyen d’une tête de rideau à surface d’écoulement inclinée de 26 cm de largeur et d’un espace de filière de 300 µm qui est alimentée par une pompe à vis excentrée équipée d’un variateur de fréquence et d’un désaérateur sous aspiration, d’un amortisseur de pulsation et d’un débitmètre massique. La tête d'enduction par rideau est équipée de guides de bord inclinés antiadhésifs. On forme un rideau qui est stable jusqu’à un débit minimum de 0,74 cm²/s. De manière analogue, on prépare et on caractérise un rideau de couchage préparé au moyen de la composition comparative CC1. Il est stable jusqu’à un débit minimum de 0,8 cm²/s. On constate que la composition selon l’invention comprenant le composé (a) non-sulfoné permet de préparer un rideau de couchage de papier ou de carton qui est plus stable que le rideau obtenu au moyen de la composition comparative à base de composé sulfosuccinate. Composition aqueuse, exempte de composé sulfosuccinate, pour la préparation d’une sauce papetière de couchage rideau comprenant : * au moins un composé tensio-actif (a) non-sulfoné, * au moins un matériau minéral (b) sous forme de particules, * au moins un agent liant (c), * au moins un agent épaississant (d) et * de l’eau. Composition selon la revendication 1 comprenant un unique composé (a) ou bien plusieurs composés (a) différents, de préférence 2 ou 3 composés (a) différents, notamment sous la forme d’un mélange de plusieurs composés (a), de préférence sous la forme d’un mélange de 2 ou 3 composés (a), ou pour laquelle le composé (a) est un alcool primaire polyalkoxylé ou un alcool oxo polyalkoxylé, de préférence un alcool oxo primaire polyalkoxylé choisi parmi un alcool oxo primaire linéaire polyalkoxylé, un alcool oxo primaire ramifié polyalkoxylé et leurs combinaisons, plus préférentiellement un composé de formule I : [chem I] RCH 2 (OE) m (OP) n OH dans laquelle : * R représente indépendamment un groupement C 2 -C 20 -alkyl, de préférence un groupement C 2 -C 20 -alkyl choisi parmi un groupement C 2 -C 20 -alkyl linéaire, un groupement C 3 -C 20 -alkyl ramifié et leurs combinaisons, * m et n représentent indépendamment 0 ou un nombre allant de 2 à 50, l’un de m et n est non-nul, * OE représente un groupement oxyéthylène et * OP représente un groupement oxypropylène. 3. Composition selon l’une des revendications 1 ou 2 pour laquelle le composé (a) est un composé de formule I dans laquelle : * R représente indépendamment un groupement C 4 -C 20 -alkyl ramifié, de préférence un groupement C 6 -C 15 -alkyl ramifié, plus préférentiellement un groupement C 8 -C 12 -alkyl ramifié ou un groupement 3-methyl-decenyl, ou * m représente un nombre allant de 2 à 50, de préférence de 2 à 30 ou de 3 à 15, et n représente 0. Composition selon l’une des revendications 1 à 3 pour laquelle : * un seul matériau minéral (b) ou bien deux ou trois matériaux minéraux (b) sont mis en œuvre ou * le matériau minéral (b) est synthétique ou d’origine naturelle, de préférence le matériau minéral (b) est choisi parmi les carbonates de métal alcalino-terreux, de préférence carbonate de calcium (carbonate de calcium naturel ou carbonate de calcium précipité), carbonate de strontium, carbonate de magnésium, carbonate de baryum, dolomie, kaolin, dioxyde de titane, talc, chaux, sulfate de calcium, sulfate de baryum, silices, silicates et leurs combinaisons, plus préférentiellement carbonate de calcium (carbonate de calcium naturel ou carbonate de calcium précipité), kaolin, dioxyde de titane et leurs combinaisons. 5. Composition selon l’une des revendications 1 à 4 pour laquelle : - les particules de matériau minéral (b) ont une taille (d 50 ) inférieure à 50 µm ou bien une taille inférieure à 20 µm, de préférence inférieure à 10 µm ; ou - les particules de matériau minéral (b) ont une taille (d 50 ) allant de 0,05 µm à 50 µm ou de 0,05 µm à 20 µm, de préférence de 0,05 µm à 10 µm ; ou - le diamètre équivalent sphérique des particules de matériau minéral (b), pour une taille allant de 0,05 µm à 50 µm ou inférieure à 50 µm, de préférence pour une taille inférieure à 10 µm, plus préférentiellement inférieure à 5 µm ou à 2 µm, encore plus préférentiellement inférieure à 1 µm ou inférieure à 0,5 µm, est égal à 60 % en poids sec ou égal à 70 % ou encore égal à 80 % ou bien encore égal à 90 %. 6. Composition selon l’une des revendications 1 à 5 pour laquelle l’agent liant (c) est un agent liant naturel comme l’amidon, la carboxymethyl cellulose (CMC), des hydroxyethyl celluloses, la caséine, des protéines, des alginates, ou un agent liant synthétique comme un latex, de préférence choisi parmi un polymère styrène-butadiène, un polymère styrène-acrylique, un polymère styrène-acétate, un polymère vinylacétate, plus préférentiellement un polymère styrène-acrylique ou un polymère styrène-butadiène. 7. Composition selon l’une des revendications 1 à 6 pour laquelle l’agent épaississant (d) est choisi parmi un polymère polyacrylamide, un polymère ASE, un polymère HASE, un polymère poly(oxyde d’éthylène). 8. Composition selon l’une des revendications 1 à 7 comprenant : * de 0,2 % en poids sec à 6 % en poids sec de composé (a), * de 60 % en poids sec à 90 % en poids sec de matériau minéral (b), * de 2 % en poids sec à 20 % en poids sec d’agent liant (c), * de 0,5 % en poids sec à 5 % en poids sec d’agent épaississant (d) et * de 7,3 % en poids à 37,3 % en poids d’eau ; de préférence * de 0,3 % en poids sec à 6 % en poids sec de composé (a), * de 80 % en poids sec à 90 % en poids sec de matériau minéral (b), * de 8 % en poids sec à 15 % en poids sec d’agent liant (c), * de 0,5 % en poids sec à 5 % en poids sec d’agent épaississant (d) et * de 1,2 % en poids à 12,2 % en poids d’eau. 9. Composition selon l’une des revendications 1 à 8 comprenant également au moins un adjuvant, en particulier au moins un adjuvant choisi parmi agents dispersants, agents anti-mousse, agents biocides, agents colorants, agents lubrifiants, agents réticulants et agents azurants optiques. 10. Méthode de préparation de papier couché ou de carton couché comprenant l’utilisation d’une composition aqueuse selon l’une des revendications 1 à 9, de préférence cette composition est mise en œuvre lors d’une ou plusieurs étapes de couchage rideau du papier ou de carton. 11. Méthode selon la revendication 10 pour laquelle le débit de composition est inférieur à 0,9 cm 2 /s, de préférence inférieur à 0,8 cm 2 /s. 12. Méthode selon l’une des revendications 10 ou 11 pour laquelle la composition possède une tension de surface dynamique, mesurée à 100 ms au moyen d’un tensiomètre à pression de bulle, inférieure à 60 mN/m, de préférence inférieure à 58 mN/m ou à 56 mN/m. 13. Méthode selon l’une des revendications 10 à 12 pour laquelle la composition possède une viscosité sous faible cisaillement (viscosité Brookfield à 100 tr/min) suffisante et compatible pour le procédé de couchage rideau, de préférence une viscosité sous faible cisaillement (viscosité Brookfield à 100 tr/min) allant de 100 mPa.s à 1 000 mPa.s, de préférence de 300 mPa.s à 700 mPa.s ou de 300 mPa.s à 550 mPa.s. 14. Méthode selon l’une des revendications 10 à 13 pour laquelle la composition est déposée à la surface du papier ou du carton lors d’au moins une étape de couchage rideau avec une dépose après séchage de 1 g/m² à 15 g/m², préférentiellement de 1 g/m² à 10 g/m² ou de 1 g/m² à 6 g/m².