"Procédé de fabrication de papier fin et ce papier".
L'invention concerne le papier fin convenant
à l'impression offset ou en héliogravure, et plus particulièrement un papier fin à forte charge minérale, d'une force de 44,5 à 222,5 g/m<2> et ayant une résistance suffisante
pour pouvoir être imprimé en offset ou en héliogravure.
Le papier fin normal renferme une certaine charge pouvant atteindre, au maximum, environ 30 % de charge minérale. Etant donné que le papier convenant à l'impression offset et en héliogravure doit avoir une résistance suffisante pour supporter l'opération d'impression qui est effectuée à grande vitesse, cette résistance comprenant à
la fois la résistance à la traction et la résistance dans
la direction Z, il est apparu que l'utilisation de grandes quantités de charge minérale ne convient pas. En fait,
le papier fin normal convenant à une impression offset possède une très faible teneur en charge minérale et ce papier est normalement collé en surface après que la feuille continue de papier a séché. L'expression "papier fin" est utilisée dans son sens classique connu dans l'industrie
et elle englobe les blocs-notes, le papier coquille, les macules, les papiers couchés d'impression, les papiers
à texte et couvertures, le papier couché d'édition, le papier à livres, et le papier de coton ; elle n'englobe
pas les produits papetiers dits "à haute résistance".
L'utilisation d'une charge interne lors de la fabrication du papier en général et du papier fin en particulier est pratiquée depuis de nombreuses années
et cette pratique utilise comme charges courantes des matériaux tels que le kaolin, le talc, le bioxyde de titane,
le carbonate de calcium, le silicate d'aluminium hydraté,
la terre de diatomées et d'autres composés minéraux insolubles. L'utilisation d'une charge vise deux objectifs :
l'un est l'allongement des fibres constitutives du papier. afin de réduire le coût, et l'autre est l'obtention de certaines caractéristiques optiques et physiques telles
que la blancheur et l'opacité. Dans la fabrication du
papier fin, des charges sont normalement ajoutées à raison de 4-20 % en poids du papier fini, les charges atteignant rarement 30 % en Europe et 25 % aux Etats-Unis d'Amérique. La fabrication du papier fin dépend en partie de la fixation de l'hydrogène et un problème qui apparaît lorsqu'on utilise plus de 20 % de charge dans la fabrication du papier fin est qu'une trop grande quantité de charge atténue la fixation d'hydrogène et entraîne une perte de
la résistance de la feuille continue. Lorsqu'on utilise des méthodes d'application externe, telles que l'enduction d'un mélange pigment/adhésif à la presse encolleuse ou à
la coucheuse, la teneur totale de la charge peut être aisément augmentée. Du papier fin contenant jusqu'à 30 % de charges au maximum est normalement obtenu par addition
de 6,5-9 kg d'amidon cationique ou de 0,5-2,5 kg de gomme guar, comme agents internes normaux de renforcement, par tonne de composition sèche de fabrication. Des latex sont parfois utilisés dans la fabrication du papier, comme indiqué ci-après, mais non dans la fabrication du papier fin, car ils sont normalement collants et difficiles à utiliser sur une machine de Fourdrinier pour la fabrication de papier fin à grande vitesse.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 3 184 373 décrit la production de papier contenant de la fibre minérale en quantité supérieure aux quantités normales. Cependant, les caractéristiques du papier obtenu ne sont pas mentionnées. Ce procédé utilise ce qui est appelé un mélange synergique d'auxiliaires de retenue de la charge, comprenant une matière mucilagineuse hydrosoluble telle que de la gomme guar, et une résine polyéthylène-imine hydrosoluble. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique
N[deg.] 2 943 013 porte sur un procédé analogue, mais il spécifie que le papier obtenu est destiné à être utilisé pour la fabrication de papiers contrecollés décoratifs, c'est-àdire n'exigeant pas la grande résistance nécessaire aux papiers fins pour permettre leur impression en offset.
Il est bien connu, dans l'industrie du papier, que l'addition d'un latex anionique à la partie humide d'une machine à papier, combinée à une substance chimique à charge cationique telle que de l'alun, provoque une précipitation du latex en présence de fibres constitutives du papier et de charges, ce qui entraîne un accroissement de la résistance du papier. Ce procédé est normalement utilisé dans la fabrication de certains produits dits
"à haute résistance" tels que des matériaux pour joints,
du carton saturé, du feutre pour toitures, du feutre pour planchers, etc. Aucune technique analogue n'a été suggérée jusqu'à présent pour la fabrication de papiers fins contenant des quantités de charge minérale supérieures à la normale.
Un certain nombre de brevets antérieurs décrivent l'idée générale selon laquelle un latex chargé peut être ajouté à la composition de fabrication du papier. Etant donné la réaction électrochimique de base d'un système anionique de fabrication du papier, un latex cationique précipite aisément et accroît la liaison des fibres et, par conséquent, la résistance du papier résultant. Ces brevets concernent principalement les papiers dits "à haute résistance" qui sont largement dépourvus de charges, ou, au mieux, ne contiennent que de très faibles quantités de charges ou de pigments. Par exemple, le brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 4 178 205 décrit l'utilisation d'un latex cationique, mais un pigment n'est pas essentiel. De même,
le brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 4 187 142 décrit l'utilisation d'un polymère anionique utilisé en co-addition avec un latex cationique, avec l'utilisation d'une quantité suffisante de latex pour rendre cationique l'ensemble du système de fabrication de papier ; l'utilisation de charges n'est mentionnée dans aucun exemple. Le brevet des EtatsUnis d'Amérique N[deg.] 4 189 345 décrit l'utilisation de latex cationique à des niveaux extrêmement élevés.
Il a été proposé dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 4 225 383, pour la fabrication de produit papetier relativement épais, de même que pour la fabrication de papiers feutres de toiture et de plancher, d'utiliser l'association d'un polymère cationique et d'un latex anionique, et d'importantes quantités de charge minérale.
Cependant, de même que précédemment, le produit n'est pas conçu pour une impression par le procédé offset, et la résistance demandée est donc relativement faible. De plus, étant donné l'épaisseur importante des produits obtenus
par une telle technique, une certaine solidité supplémentaire est conférée aux produits du fait même, simplement,
de sa masse.
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 4 181 567 concerne la fabrication de papier à l'aide d'un agglomérat
de polymère ionique et de quantités relativement grandes d'une charge. Il est indiqué que des polymères anioniques
ou cationiques peuvent être utilisés, et les charges mentionnées comprennent le carbonate de calcium, l'argile,
le talc, le bioxyde de titane et des mélanges de ces matières.
<EMI ID=1.1>
nant 29 % de cendres, est produit, avec comme charge, du carbonate de calcium. Ce brevet décrit essentiellement la précipitation du pigment avec un auxiliaire de rétention avant son addition au système de fabrication du papier.
Le brevet N[deg.] 4 181 567 précité mentionne la demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne DOS N[deg.] 25 16 097, vers le bas de la colonne 1, cette dernière demande correspondant au brevet britannique
N[deg.] 1 505 641 qui décrit le prétraitement du carbonate de calcium avec un latex de styrène et de butadiène pour produire un pigment protégé pouvant ensuite être utilisé dans la fabrication du papier, de préférence à raison de
20 % en poids, bien que le brevet indique que la diminution de résistance est faible ou nulle jusqu'à 50 % en poids.
En particulier, le brevet britannique précité décrit le mélange d'un latex anionique avec une suspension aqueuse
de la charge spéciale contenant une charge cationique, par exemple par mélange avec de l'amidon chargé positivement. Une à 20 parties de latex sont.utilisées pour 100 parties de charge et la composition de charge est introduite dans la pile, le triturateur ou en tout autre point, avant l'arrivée de pâte. L'exemple III montre l'utilisation
de 400 parties de charge pour 700 parties de fibres de bois.
Cependant, il convient de souligner que la technique décrite dans le brevet britannique précité exige un équipement supplémentaire et un traitement supplémentaire,
car la charge est d'abord enrobée, puis seulement après ajoutée au système de fabrication du papier. En d'autres termes, la technique décrite dans le brevet britannique précité est trop complexe. De plus, l'enrobage n'assure pas une protection convenable permettantl'utilisation du carbonate de calcium dans un milieu acide sans moussage indésirable.
L'invention a donc pour objet d'éliminer les inconvénients de l'art antérieur, comme indiqué ci-dessus.
L'invention a également pour objet un papier fin, convenant à l'impression en offset et contenant une charge minérale en quantité supérieure à la normale. L'invention a pour autre objet la production de papier fin de bonne qualité d'une épaisseur de 0,04 à 0,4 mm, de préférence de 0,05
<EMI ID=2.1>
tance convenant à l'impression en offset et une teneur ,élevée en charge minérale, cette teneur étant comprise
<EMI ID=3.1>
et70 % de charge pour du papier de 103,8-222,5 g/m<2>.
L'invention a également pour objet un procédé
de fabrication de papier fin d'impression de bonne qualité, contenant de grandes quantités de charge minérale, ce procédé permettant une fabrication économique, peu coûteuse et à un débit de production élevé.
L'invention a également pour objet un papier à haute teneur en substances minérales, ayant une bonne qualité et contenant un mélange de charges minérales dont l'effet se manifeste par synergie.
L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure unique est un schéma de fonctionnement d'une installation, située en amont de la machine de fabrication du papier et destinée à préparer une composition
de fabrication du papier conformément à l'invention.
D'une façon générale et selon l'invention, du papier fin, d'une épaisseur de 0,04 à 0,4 mm, et de pré-
<EMI ID=4.1>
de préférence de 44-117.10 kg/m<2>, est produit, ce papier contenant 30 % à 70 % de charge minérale, bien qu'il soit évident que l'invention puisse être utilisée pour la fabrication d'autres types de papier et que la plage des taux de charge dépende de l'utilisation finale prévue pour
le papier. Cependant, pour du papier fin convenant à une impression en offset, une charge minérale de 30 % est normalement utilisée avec du papier de 44,5 g/m<2> ; une charge de 40 % est utilisée avec du papier de 59,3 g/m<2> ; une charge de 50 % est utilisée avec du papier de 74,2 g/m<2>,
<EMI ID=5.1>
Le papier fin est convenablement produit sur une machine à papier classique de Fourdrinier, à des vitesses accrues, avec une grande économie d'énergie, ce qui permet un accroissement de la production, bien qu'il soit évident que d'autres types d'équipement de production de papier puissent également être utilisés, par exemple des machines
à forme ronde, à tables multiples, etc. En raison de la résistance exceptionnelle du système de fabrication de papier selon l'invention par rapport à d'autres systèmes
à papier fin à haute teneur en charge, la machine à papier fonctionne mieux et le papier fin produit peut être utilisé dans des procédés généraux d'impression et il se comporte comme un papier coquille.
L'utilisation de grandes quantités de charge minérale réduit considérablement le coût de fabrication
du papier fin. En premier lieu, on obtient une économie
de 165 à 385 F. par tonne de matières à partir desquelles le papier fin est produit. Ce nombre tend à augmenter,
car les fibres sont beaucoup plus coûteuses que les matières constituant les charges et leur coût tend à augmenter plus rapidement. De plus, le papier à forte charge minérale
est beaucoup plus facile à faire sécher que le papier normal et les équipements peuvent donc fonctionner à une plus grande vitesse, par exemple à une vitesse accrue de 10
à 25 %, ce qui réduit les coûts de production. En outre,
la quantité de vapeur d'eau nécessaire au séchage du
papier est réduite d'au moins 15 % et plus vraisemblablement de jusqu'à 30 %.
Outre la charge minérale, le papier fin est normalement produit à partir de pâtes de bois de feuillu
et de bois résineux préparées par divers procédés classiques de production de pâte, le papier comprenant également les substances chimiques utilisées classiquement pour la fabrication du papier telles que la résine de collage, l'alun
et les auxiliaires polymériques de rétention. Il est cependant évident que l'invention.peut être également utilisée pour la fabrication du papier synthétique. En ce qui concerne les fibres de bois utilisées, toute pâte travaillée classique peut convenir. Il est cependant souhaitable
que les fibres de bois de la composition comprennent 50
à 100 % de pâte kraft de feuillu, 0 à 50 % de pâte kraft de résineux, et, d'une manière plus souhaitable, 25 %
de pâte kraft de résineux et 75 % de pâte kraft de feuillu. Il est avantageux d'utiliser, en poids, calculé sur la
base de la quantité totale de matières solides de la composition ou de la fourniture, 15 à 30 % de pâte kraft de résineux et 15 à 50 % de pâte kraft de feuillu.
La suspension de production de papier selon l'invention est de préférence acide, bien qu'il ne soit pas essentiel qu'une composition de fabrication du papier
soit acide. De l'alun et de la colophane de collage sont préférés, mais non essentiels, l'expression "colophane
de collage" désignant une colophane ou résine de collage, dispersée, une résine synthétique de collage et des dérivés de résine. D'autres procédés de collage interne peuvent également être utilisés. Des additifs de résistance à
sec à base de polyacrylamide polymérique (tel que du type "Accostrength") peuvent également être utilisés dans ce système pour tendre à augmenter la résistance à sec et conférer une certaine résistance de la feuille continue à l'état humide sur la machine à papier.
Les compositions préférées contiennent toutes
de l'alun et de la résine de collage, de préférence dans
la proportion d'environ 3 parties d'alun pour une partie
de résine de collage, bien qu'il soit évident que ces proportions puissent varier. Des quantités convenables comprennent 2,5-5 kg de résine de collage par tonne de composition sèche, et une quantité suffisante d'alun, généralement 5 à 10 kg, et de préférence 7,5 kg d'alun par tonne de composition sèche pour donner un pH de 4,0-5,0.
Une caractéristique importante de la présente invention est l'utilisation d'un latex convenable. Le
latex peut être un latex de styrène-butadiène, un latex acrylique, un latex d'acétate de polyvinyle ou tout autre type de latex, mais la plupart des latex qui ont été utilisés pour la saturation de la partie humide ne conviennent pas nécessairement, car ils ne s'appliquent pas en totalité
sur les fibres et les charges sous forme précipitée. Il
est apparu que le latex le plus satisfaisant est un latex amphotère qui est cationique dans les conditions préférées d'utilisation, par exemple cationique dans des conditions acides. Des latex cationiques peuvent également être utilisés. On peut même utiliser un latex anionique, bien qu'il soit apparu qu'un tel latex est moins satisfaisant. Par rapport à un latex anionique, un latex cationique
est plus facile à utiliser, confère une plus grande résistance et une meilleure rétention.
Le latex, de préférence cationique (positif) dans les conditions préférées d'utilisation, est d'une charge opposée et inférieure à celle du système anionique (négatif) de fabrication du papier et il précipite donc aisément
sur les fibres de papier et les particules de charge (argile) chargées négativement, de manière à former un noyau de flocon de papier qui reste cependant anionique, car
la charge nette des fibres et de l'argile de charge est supérieure à celle du latex cationique. Ainsi qu'il est bien connu, la suspension normale de fabrication du papier porte une charge anionique, car cette dernière est la charge normale des fibres de cellulose. De plus, la plupart des charges minérales, c'est-à-dire des argiles, sont également fortement anioniques et ceci augmente la charge négative du système. Lorsque la charge utilisée n'est pas ionique ou n'est que légèrement cationique, une précipitation du latex se produit principalement sur les fibres de cellulose, mais la formation de flocons a encore lieu, la charge étant entraînée dans le flocon et se fixant ainsi à la fibre.
Il est évident que pour réduire la charge anionique, il est souhaitable d'ajouter au système un polymère cationique. En fait, conformément à la forme préférée de réalisation de l'invention, deux polymères cationiques,-
de l'alun (qui est également cationique), de la colophane et du latex sont ajoutés au système. Il est évident que lorsqu'on utilise un latex anionique, la quantité de polymère cationique utilisée peut être suffisante pour provoquer une précipitation du latex anionique.
Le flocon formé par le latex précipité peut être anionique ou cationique et il dépend de la quantité et
de la densité de charge du latex utilisé, du pH du système de fabrication du papier et des matières autres que le latex utilisé , par exemple du type de fibres, du type de charge, de la densité de charge des matières anioniques utilisées, etc. Il en est ainsi car la quantité de latex utilisée est faible par rapport aux quantités employées pour la fabrication du carton ou du feutre saturé, la quantité de latex s'étendant généralement entre seulement 3 et 7 % de la composition sèche. Néanmoins, malgré la faible quantité de latex utilisé qui, en elle-même, constitue un avantage économique, les caractéristiques [deg.]du flocon formé assurent une excellente rétention sur la toile métallique de la machine à papier. L'utilisation
de ce système, contrairement à celui normal à saturation de la partie humide, donne une meilleure rétention de la charge et il est évident que, lorsque la rétention de la charge est faible, ladite charge se perd et est difficile à récupérer. De plus, la charge perdue tend-à s'accumuler dans la partie humide, ce qui pose des problèmes de comportement du papier sur la machine de transformation. A des niveaux d'addition de latex de 5 % en poids et avec l'addition d'un polymère cationique, le système permet d'atteindre une rétention totale d'environ 87 % lors de la première passe.
On peut utiliser comme charge minérale presque toutes les matières qui ne sont pas hydrosolubles. La plupart des matières de charge entrant couramment dans la fabrication du papier peuvent être utilisées, par exemple le kaolin, le talc, le bioxyde de titane, l'hydrate d'aluminium, la silice hydratée, le carbonate de calcium, etc., et ces'charges sont donc considérées comme étant "compatibles avec le système". Certaines charges s'avèrent cependant indésirables lorsqu'elles sont utilisées seules, ces charges comprenant la terre de diatomées. Une autre charge qui s'avère moins satisfaisante que les autres est l'argile calcinée poreuse telle que de l'argile hautement opaque
et de l'argile "Ansilex". Par ailleurs, des charges s'étant révélées particulièrement souhaitables comprennent diverses formes de talc, y compris du talc vapeur "Mistron" qui est un talc à haute blancheur, et du talc "Yellowstone". Le carbonate de calcium est une matière compatible uniquement avec des milieux neutres ou basiques, et non avec des suspensions de fabrication du papier ayant un pH inférieur à 7,0, car le carbonate de calcium réagit à un pH acide
en produisant de l'anhydride carbonique qui pose des problèmes de moussage. Par conséquent, le carbonate de calcium ne peut être utilisé dans le système acide normal
de fabrication du papier où le pH est compris entre 4
et 5.
Un mélange particulier de charges est apparu comme donnant des résultats supérieurs, c'est-à-dire un mélange dans lequel les deux composants agissent en synergie pour donner de meilleurs résultats, principalement une plus grande résistance aux teneurs en charge données. Ainsi,
du talc, dont la charge est neutre, et du kaolin, qui est fortement anionique, agissent ensemble, en mélange, avec synergie, pour donner un produit plus résistant, ce résultats étant expliqué par la théorie selon laquelle les particules de talc ont une affinité physique pour le latex et retiennent et absorbent donc ce dernier et agissent comme noyaux de floculation. Le talc ne rompt pas la liaison des fibres autant que le kaolin. Le mélange de kaolin et de talc peut avoir des proportions, en poids,
de 95:5 à 5:95, bien que la plage préférée soit de 5-75 % de talc pour 95-25 % de kaolin. Calculée sur la base du total de solides dans la composition, la teneur préférée en charge est de 10-30 % de talc et 10-30 % de kaolin.
L'argile, de préférence du kaolin, se présente sous la forme de particules dont les dimensions sont comprises entre celles de particules très fines, par exemple environ 0,5 micromètre, et celles de particules relativement grosses, par exemple une dimension maximale d'environ
<EMI ID=6.1>
du type "Astraplate" (kaolin de Georgie) qui est un kaolin composé de minces plaques hexagonales, dont 80-82 %
<EMI ID=7.1>
un tamis de 0,044 mm d'ouverture. Des kaolins spéciaux
et convenables sont décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 2 904 267, N[deg.] 3 477 809 et N[deg.] 4 030 941.
Le talc est avantageusement broyé en particules de moins de 0,044 mm, bien que les dimensions de ces particules soient sujettes à d'importantes variations.
La charge de talc et de kaolin, qui agit par synergie, peut être utilisée dans des papiers fins à forte teneur en charge, contenant jusqu'à 70 % de charge, en poids. Lorsqu'elle est utilisée avec le latex amphotère préféré, comme décrit ci-dessus, ou même avec le latex cationique préféré en second, on obtient une feuille ayant une excellente résistance. Même si l'on utilise un latex anionique à la place du latex cationique, la feuille obtenue présente encore une bonne résistance en raison
de l'action de la charge par synergie, bien que des problèmes techniques soient posés par l'utilisation du latex anionique, car il est plus difficile de contrôler la précipitation et de donner une résistance convenable
aux flocons de papier dans une composition acide avec le latex anionique en raison de la compatibilité de sa charge avec les autres composants de la composition. Un autre problème posé par le latex anionique est que les charges sont normalement dispersées dans l'eau et que les agents
de dispersion normalement utilisés sont anioniques ; lorsque la charge doit être floculée avec le polymère cationique, il faut utiliser un excédent de polymère, ce qui
pose des problèmes dans les systèmes normaux de fabrication du papier et dans la manipulation de la charge.
Sur le dessin annexé à titre d'exemple non limitatif, dont la figure unique est un schéma simplifié d'une installation mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, on voit que de la pâte de feuillu PF, des cassés de fabrication CF, de la pâte de résineux PR et une charge CH sont introduits dans un doseur D (si plusieurs charges
sont utilisées, elles peuvent être prémélangées) et la suspension est ensuite dirigée vers un entonnoir où du latex L et de la colophane- ou résine R sont ajoutés, le mélange pénétrant ensuite dans la caisse CM de la machine En variante, le latex et la résine peuvent être introduits directement dans la caisse de la machine. La suspension
est dirigée par pompage de la caisse de la machine vers
un cuvier CU et, en chemin, de l'alun A et un premier polymère cationique P1,par exemple du type "Dow XD-30440.01, sont ajoutés. La suspension provenant du cuvier est diluée avec de l'eau provenant du circuit d'eau blanche, puis
elle est dirigée par pompage vers les épurateurs et les tamis classiques E et T. Enfin, la composition est pompée vers la caisse d'arrivée de pâte CAP de la machine à papier et, en chemin, un second polymère cationique P2, par exemple du type "Betz 1260", qui sert également d'auxiliaire de rétention, est ajouté.
Comme montré sur la figure, il apparaît que, le polymère cationique est introduit en deux points différents. Chacun de ces polymères est introduit dans la composition en quantité comprise entre 0,125 et 1,5 kg par tonne de composition sèche, et de préférence à raison d'environ
0,25 kg par tonne. Lorsque la composition sort de la caisse
de la machine, par exemple avec une consistance solide d'environ 3 %, un premier polymère cationique lui est
ajouté, de préférence du type "Dow XD-30440.01". Ce polymère cationique est un polymère de polyacrylamide de poids moléculaire élevé, d'un pH de 4,6, d'une densité de 1,1, d'une teneur en solides de 8 % et d'une viscosité dynamique de 15-20 Pa.s.
Après la sortie de la composition des épurateurs
et des tamis et avant que cette composition atteigne la caisse d'arrivée de pâte de la machine à papier, par exemple dans la conduite d'entrée de la caisse d'arrivée de pâte,
un second polymère cationique P2, de préférence du type
"Betz 1260", est ajouté à la composition, normalement
à raison de 0,125 à 0,5 kg par tonne de composition sèche.
Le second polymère cationique agit conjointement avec les autres composants, comme indiqué précédemment, pour assurer une floculation maximale, et il sert également d'auxiliaire classique de rétention. Le polymère cationique du type
"Betz 1260" est un copolymère d'acrylamide à poids moléculaire extrêmement élevé et il est vendu sous la forme
d'une poudre hydrosoluble blanche et s'écoulant librement, d'une masse volumique d'environ 450 kg/m<3>. Il est évident
que l'addition du premier polymère cationique peut s'effectuer en tout point situé en amont de l'addition du second polymère cationique, cette dernière addition devant avoir
lieu en tout point situé en aval de la première addition
et les points précis d'addition dépendant de la machine
à papier.
Comme indiqué précédemment, le choix d'un latex convenable est important pour le succès du procédé selon l'invention afin de permettre l'obtention d'une résistance maximale pour une charge minérale élevée donnée. Comme indiqué ci-dessus et comme montré sur la figure, le latex est de préférence introduit dans la caisse de la machine, avantageusement en quantités comprises entre 3 et 7 % de la composition sèche. Actuellement, on ne sait pas exactement pourquoi certains latex se comportent bien
et d'autres non, mais on pense que des caractéristiques pouvant être importantes comprennent la dimension des particules, la charge électrique, la densité de charge
et la température de transition vitreuse. Des résultats satisfaisants ont été obtenus avec les trois latex suivants, indiqués dans l'ordre de préférence :
(1) Latex acrylique amphotère "Rhoplex P-57"
(Rohm and Haas) : ce latex acrylique est caractérisé par
le fait qu'il n'est pas ionique dans des conditions neutres, mais qu'il devient cationique dans des conditions acides ; il est vendu sous la forme d'un liquide blanc laiteux ayant une teneur en solide de 50 %, une masse volumique de 1,05 kg/1, une densité de 1,06 et une viscosité "Brookfield LVF" à 25[deg.]C (broche n[deg.] 2 à 60 tr/min) de
0,2 Pa.s.
(2) Latex cationique "Dow XD-30288.00" (Dow Chemical Co.) : il s'agit d'un latex de styrène-butadiène carboxylé.
(3) Latex anionique "Dow XD-30374.01" (Dow Chemical Co.) : il s'agit d'un latex de styrène-butadiène carboxylé d'un pH de 8,0, d'une teneur en solides de
45-47 %, de dimensions de particules d'environ 160 nanomètres et d'une densité de 1,01 ; il est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N[deg.] 4 225 383.
On obtient également satisfaction avec un latex de styrène-butadiène réticulable à 60 % de styrène et
40 % de butadiène et avec un latex de styrène-butadiène
<EMI ID=8.1>
D'autres latex donnant satisfaction dans le procédé de l'invention peuvent être déterminés par des essais de routine , les critères principaux demandés à un tel latex étant qu'il précipite sur les fibres et
la charge jusqu'à épuisement ou presque, qu'il assure une bonne rétention et qu'il fournisse une résistance convenable avec de fortes teneurs en charges pour permettre l'impression en offset ou en héliogravure lorsqu'il est utilisé à des niveaux ne dépassant pas environ 7 %. Ces essais de routine peuvent être effectués au moyen d'une composition de 3 à 7 % du latex essayé et d'un mélange,
en parts égales, d'une charge d'argile et de pâte de bois sur une machine à feuille d'essai Noble and Wood ou toute autre machine de laboratoire équivalente de production
de papier, avec recyclage de l'eau blanche au moyen d'un tamis normal de 0,15 mm, la feuille de papier étant pressée une fois dans une presse Noble and Wood à feutre ou dans une presse équivalente, puis séchée par contact. Un latex ionique convenable est capable d'atteindre l'état d'épuisement ou presque si, au cours de l'essai, la feuille de papier sort de la toile métallique sans laisser derrière elle
de latex résiduel ; il assure une bonne rétention si, au cours d'un tel essai, environ 75 % ou plus, et de préférence au moins 88 % de la charge et de la fibre sont retenus ; et il confère une bonne résistance, si au cours d'un tel essai, la feuille de papier résultante présente une valeur Mullen d'au moins 10 %, et de préférence d'au moins 16 %.
Dans toutes les combinaisons de composition décrites ci-dessus, le traitement sur.la machine à papier au niveau de la presse encolleuse ou en aval dans le cas d'un traitement externe, par exemple un couchage ou un collage, est souhaitable pour que l'on obtienne les meilleurs résultats, comme c'est également le cas dans la production de papier normal.
La matière utilisée, par exemple dans la' presse encolleuse, peut être choisie parmi celles normalement utilisées, comprenant de la colle d'amidon ou de l'alcool polyvinylique, de l'acétate de polyvinyle, du latex de styrène-butadiène, des latex acryliques, de l'argile, du bioxyde de titane, du carbonate de calcium, du talc et d'autres matières communément utilisées pour le couchage du papier, ainsi que toute combinaison de ces matières permettant d'obtenir la surface appropriée convenant à l'impression ou à toute autre utilisation finale. L'expression "colle d'amidon" désigne de l'amidon de pomme de terre non modifié, de l'amidon
de tapioca, de l'amidon de.maïs, de l'amidon anionique et des dérivés de ces amidons. Une matière particulièrement convenable est l'amidon de mais éthylé, ayant une teneur en solides de 8-12 %, et un exemple d'une telle matière est le type "Penford Gum 280" (Penick and Ford) qui est
un amidon de mais hydroxyéthylé, substitué à 2 % et d'une fluidité de 80. Il peut être appliqué à raison de 15-
100 kg par tonne, et de préférence à raison de 30 à 75 g par tonne.
Les exemples suivants ne sont donnés qu'à titre illustratif. Etant donné qu'une bonne résistance constitue la caractéristique la plus importante du papier résultant, les valeurs de résistance sont données ci-après en pourcentage Mullen, ces valeurs étant obtenues en divisant
le rapport de 0,454 kg/6,45.10 -4 m<2> par la force de
306 m<2> de papier.
EXEMPLE 1
Deux séries de tirage de feuilles d'essai sont préparées sur une machine à feuille Noble and Wood. La charge comprend 50 % de kaolin et 50 % de talc. Les deux compositions contiennent 5 % de latex et 0,195 kg de polymère cationique par tonne. Le latex de la première charge est le latex anionique "XD-30374.01" de la firme Dow Chemical et celui de la seconde charge est le latex amphotère "P-57" de la firme Rohm & Haas, le pH de la composition étant réglée à 4,5,ce qui rend le latex cationique.
La rétention est bonne ; la résistance est convenable ; et aucun résidu ne reste sur le tamis dans les deux séries d'essai. Cependant, la charge du papier résultant est plus concentrée dans le papier produit avec le latex cationique, ce qui indique des flocons plus gros
et plus stables.
EXEMPLE 2
A l'aide d'une machine de laboratoire à feuilles Noble and Wood, on prépare des échantillons avec une composition de 55 % de kaolin, 45 % de pâte de bois comprenant un mélange de 75 % de feuillu et 25 % de résineux, 5 % de latex anionique "Dow XD-30374.01", 0,150 kg par tonne de polymère cationique "Dow XD-30440.01", 1,25 kg par tonne de résine de collage dispersée ("Neuphor 100")
et 5 kg par tonne d'alun.
La quantité de charge retenue est de 88 %, et
la quantité d'argile présente dans la feuille de papier est de 48,9 %. La résistance du papier est de 10,9 % Mullen.
EXEMPLE 3
On répète l'exemple 2, sauf que le latex anionique de l'exemple 2 est remplacé par un latex acrylique amphotère "Rhoplex P-57", le pH du système étant dans les valeurs acides de sorte que le latex est en fait cationique. Toutes les autres variables sont maintenues à des valeurs identiques à celles données dans l'exemple 2. La quantité de charge retenue est de 89,6 % et la quantité d'argile présente dans le papier produit est de 49,3 %.
La résistance du papier est de 16,6 % Mullen.
Une comparaison des exemples 2 et 3 montre la différence de pourcentage Mullen avec sensiblement la même teneur en charge. Ces exemples montrent que le latex cationique permet d'obtenir une feuille notablement plus résistante que le latex anionique, la résistance étant exprimée en pourcentage Mullen.
EXEMPLE 4
Un essai sur machine à papier pilote est effectué sur une machine de Fourdrinier normale utilisée à des
fins d'essai (la machine a une largeur et une vitesse inférieures à celles d'une machine à papier fin normale). La composition comprend 46 % de pâte de bois, 54 % d'argile de revêtement constitué de kaolin floculé acide,
0,25 kg/tonne de polymère cationique "Dow XD-30440.01",
6 kg/tonne d'alun, et 2,5 kg/tonne de résine de collage dispersée "Neuphor 100"), en plus,de 5 % de latex anionique "Dow XD-30374.01". Le papier résultant, d'une force.
de 123 g/m<2>, est encollé à la presse et traité à environ
50-60 kg/tonne avec de l'amidon de mais éthylé.
La rétention de la première passe est de 73,9 % ; le papier résultant présente une teneur en charge de
44,7 % et une résistance de 21,7 % Mullen. Le rendement total de rétention de cendre est de 66, 2%.
EXEMPLE 5
On répète l'exemple 4 pour produire du papier
de 70 g/m<2>, alors qu'il était de 123 g/m<2> dans l'exemple
4. Le rendement de rétention totale de cendre est de
61,3 %, avec une rétention à la première passe de 64,5 %.
Le papier résultant contient 41,4 % de la charge d'argile
et présente une résistance de 14,8 % Mullen.
EXEMPLE 6
On répète l'exemple 4 en utilisant la même composition, sauf que le latex anionique de styrène-butadiène
est remplacé par le latex cationique de styrène-butadiène carboxylé "Dow XD-30288.00", utilisé dans la même proportion de 5 % sur la base du total des matières solides
sèches de l'argile et des fibres de bois. Le rendement de rétention totale de cendre est de 68,2 % et la rétention
à la première passe est de 81,4 %. La feuille de papier obtenue contient 47 % de charge et présente une résistance de 19 % Mullen. Si l'on compare l'exemple 6 aux exemples
4 et 5, on voit que le latex cationique confère une meilleure rétention et est plus facile à utiliser que le latex anionique. De plus, le papier obtenu dans l'exemple 6 est plus résistant que celui obtenu dans l'exemple 5.
EXEMPLE 7
On répète l'exemple 6, sauf que le latex cationique est remplacé par une même quantité de latex acrylique amphotère "Rhoplex P-57". Le rendement de rétention totale de cendre est de 83,1 % et la rétention à la première passe est de 81,6 %. La feuille de papier obtenue contient 49,2 % de charge et présente une résistance de
19,6 % Mullen.
Le procédé de l'exemple 7 est conduit avec un
pH acide, de sorte qu'en fait le latex amphotère est cationique. Une comparaison de l'exemple 7 et de l'exemple
4 montre que la quantité de charge retenue dans l'exemple
7 est plus grande et que la résistance n'est que légèrement inférieure. Si l'on compare avec l'exemple 5, on constate un accroissement de la rétention et de la résistance. Les exemples 4-7 montrent des rétentions à
la première passe et des rendements de cendre plus élevés, obtenus avec les latex cationiques et amphotères, ce qui indique que ces latex agissent mieux dans le procédé acide
de fabrication du papier.
EXEMPLE 8
Au moyen de la machine pilote 'de Fourdrinier,
on produit du papier à partir d'une composition comprenant
50 % de pâte de bois, 50 % de kaolin pour couchage, 5 %
de latex de styrène-butadiène carboxylé anionique "Dow XD-30374.01", 2,5 kg/tonne de "Neuphor 100" et 6 kg/tonne d'alun. Le rendement en cendres est de 74,9 % et la rétention à la première passe est de 74,5 %. Le papier n'est
pas collé extérieurement. Le papier obtenu contient 42,8 %
de charge et il présente une résistance de 15,3 % Mullen. EXEMPLE 9
On répète l'exemple 8, sauf que la quantité de
pâte à papier entrant dans la composition est ramenée à
46 % et que la quantité de kaolin pour couchage est élevée
à 54 %. De plus, le latex utilisé est le latex acrylique amphotère "Rhoplex P-57", qui est cationique dans les conditions d'utilisation. Le rendement en cendres est
de 73,19 % et la rétention à la première passe est de
76,7 %. Le produit obtenu contient 46,6 % de charge et
il présente une résistance de 13,5 % Mullen.
EXEMPLE 10
On répète l'exemple 8, sauf que les quantités relatives de kaolin et de pâte de bois sont ajustées pour donner 55 % d'argile et 45 % de pâte de bois. Le rendement en cendres est de 66 % et la rétention à la première
passe est de 66,1 %. Le produit obtenu contient 44,7 % de charge et présente une résistance de 9,8 % Mullen seulement.
Les exemples 8-10 montrent que, bien que le
latex anionique se rapproche du latex cationique en ce
qui concerne le rendement lorsque la composition ne contient pas plus d'environ 50 % de charge, le rendement que
l'on obtient avec un tel latex anionique chute considérablement, en particulier par rapport à la résistance du produit, lorsque la quantité de la charge dans la suspension atteint
55 %.
EXEMPLE 11
A l'aide de la machine pilote à papier, on produit du papier à partir d'une composition comprenant 46 % de pâte de bois et 54 % de charge dont 50 % sont constitués de talc et 50 % d'argile. La composition renferme également 5 % de latex de styrène-butadiène carboxylé anionique "Dow XD-30374.01", 2,5 kg/tonne de résine "Neuphor 100", 6. kg/tonne d'alun et 0,25 kg/tonne de polyacrylamide cationique "Dow XD-30440.01". Le rendement en cendres est de 73,9 % et la rétention à la première passe est de 79,5 %.
Le papier obtenu est traité à la presse encolleuse avec de l'amidon. Sa teneur en charge est de 50,9 %
et sa résistance est de 20,9 % Mullen.
EXEMPLE 12
On répète l'exemple 11, sauf que la charge utilisée comprend 46 % de talc et 54 % d'argile. La force
<EMI ID=9.1>
est de 76,8 % et la rétention à la première passe de
83,6 %. Le papier obtenu contient 46,9 % de charge et présente une résistance de 20 % Mullen.
EXEMPLE 13
On répète l'exemple 12, sauf que les 5 % de latex de styrène-butadiène anionique sont remplacés par
5 % de latex amphotère acrylique "Rhoplex P-57". Le rendement en cendres est de 78,2 % et la rétention à la première passe est de' 87,9 %. Le produit contient 49,3 % de charge et présente une résistance de 22,1 % Mullen.
Une comparaison des exemples 12 et 13 montre
de nouveau la supériorité du latex amphotère acrylique, qui est cationique en cours d'utilisation, sur le latex anionique, les autres variables restant constantes. EXEMPLE 14
On répète l'exemple 13, sauf que la quantité de charge est portée à 54 % et que les quantités relatives de talc et d'argile sont modifiées pour donner 21,5 %
de talc et 78,5 % d'argile. Le rendement en cendres est
de 72,6 % et la rétention à la première passe est de 87,8 %. Le papier obtenu contient 50,9 % de charge et présente
une résistance de 17,1 % Mullen.
Une comparaison des exemples 14 et 13 montre
que la résistance est réduite dans l'exemple 14, bien que la rétention reste très élevée.
EXEMPLE 15
On répète l'exemple 12, sauf que la force du
<EMI ID=10.1>
blement au double de la force du papier de l'exemple 12. Le rendement en cendres est de 83,4 % et la rétention à la première passe est de 83,6 %. Le papier obtenu contient
49,8 % de charge et présente une force de 26,5 % Mullen.
Une comparaison des exemples 15 et 12 montre qu'un accroissement de la force, tous autres facteurs restant constants, entraîne une augmentation notable de la résistance du papier fin, à forte teneur en charge, constituée d'un mélange de talc et d'argile. Les exemples
11-15 montrent l'action par synergie de l'association
de l'argile et du talc, ces exemples montrant également
<EMI ID=11.1>
synergie en utilisant tous les latex satisfaisants, le talc étant cependant particulièrement efficace avec le latex amphotère, car il produit alors un papier composé plus résistant.
EXEMPLE 16
Les feuilles de papier obtenues dans les exemples 4, 7 et 14 sont imprimées sur une machine offset "Mhiele 1000" grandeur nature, à quadrichromie, sans problèmes, avec des encres destinées au papier couché. Tous ces papiers ont une résistance suffisante pour supporter l'opération d'impression, la presse fonctionnant à
180 m/min.
EXEMPLE 17
Un essai comparatif est effectué pour déterminer les économies réalisées dans la production de papier fin selon l'invention. Quatre compositions de papier sont préparées et du papier est produit à partir de ces compositions. La première composition, destinée à l'essai comparatif ou essai témoin, comprend 90 % de fibres de bois (75 % de feuillu et 25 % de résineux), 6 kg/tonne d'alun, 2,5 kg/tonne de résine et 10 % de kaolin.
Des échantillons 1, 2 et 3, produits conformément à l'invention, comprennent des compositions analogues, sauf que chacun de ces échantillons contient 5 % de latex amphotère acrylique "Rhoplex P-57", ainsi que de plus grandes quantités de kaolin, à savoir 40 % d'argile pour l'échantillon 1, 50 % d'argile pour l'échantillon 2 et
60 % d'argile pour l'échantillon 3.
Les quatre échantillons sont séchés afin que leur teneur en humidité soit ramenée à 5 % en bout de machine. Les résultats sont donnés dans le tableau I ci-dessous.
<EMI ID=12.1>
<EMI ID=13.1>
Comme indiqué dans le tableau précédent, le papier témoin contenant 10 % d'argile et ne contenant pas de latex, présente, après pressage, une siccité de 29,34 % alors qu'un papier à 60 % d'argile et 5 % de latex, produit et pressé de manière identique,présente, après pressage, une siccité de 40,36 %. Par conséquent, le papier
à forte teneur en charge demande un chauffage à la vapeur d'eau beaucoup moins important pour être ramené, par séchage, à une teneur en humidité de 5 % et il en résulte donc d'importantes économies d'énergie comme indiqué dans
le tableau. De plus, étant donné que le séchage demandé
est moindre, la vitesse de production est augmentée, comme indiqué.
EXEMPLE 18
Une série de comparaisons de feuilles d'essai
est effectuée à l'aide de différents latex et de différentes teneurs en charges. Toutes les compositions sont les mêmes, hormis les différences indiquées dans les tableaux II et III, ces tableaux donnant également les résultats des comparaisons.
<EMI ID=14.1>
<EMI ID=15.1>
<EMI ID=16.1>
<EMI ID=17.1>
EXEMPLE 19
Pour comparer le procédé décrit dans le brevet britannique N[deg.] 1 505 641 précité au procédé de l'invention, on procède à une série d'essais comparatifs. Conformément à l'exemple du brevet précité, la composition comprend 50 parties de fibres de cellulose, 48 parties
de charge et 5 % de latex sur la base de la quantité totale de fibres de cellulose et de charge. Dans les essais,effectués conformément au brevet britannique précité, la charge est du carbonate de calcium qui est prétraité avec le latex. Dans les essais conformément à l'invention, la charge est de l'argile ou un mélange en parts égales d'argile et de talc. Lorsqu'on utilise un latex anionique, il s'agit du latex anionique de styrènebutadiène carboxylé "Dow XD-30374.01". Lorsqu'on utilise un latex cationique, il s'agit du latex "Rhoplex P-57".
Le papier est formé sur une machine à main-de laboratoire. Les résultats sont donnés dans le tableau IV.
TABLEAU IV
<EMI ID=18.1>
Il ressort du deuxième essai indiqué dans le tableau IV ci-dessus que le procédé décrit dans le brevet britannique ne convient pas à une utilisation à un pH acide, car le latex ne protège pas convenablement le carbonate de calcium qui, dans une certaine mesure, réagit avec l'acide et provoque un moussage ; 8 % de la charge
se perdent en réagissant avec l'alun et il apparaît que le carbonate de calcium tamponne le système à un pH de
5,5. Dans les essais effectués avec un pH acide, le pH visé est de 4,5, ce pH étant obtenu par l'addition d'alun.
La résistance des feuilles d'essai réalisées
à l'aide du latex cationique amphotère dépasse la résistance obtenue avec le procédé décrit dans le brevet britannique précité, au niveau de charge choisi. Le procédé
du brevet britannique, avec un pH alcalin de 7,5, retient
39,1 % de la charge avec un taux Mullen de 8,2%. Le latex cationique amphotère, combiné à l'argile et au talc, retient
40,9 % de la charge avec un taux Mullen de 14 % et ce résultat est donc supérieur à celui obtenu avec le procédé
du brevet précité.
EXEMPLE 20
Une série de passes sont effectuées sur une machine à papier Fourdrinier grandeur nature. La composition d'alimentation de la machine comprend 50 % de fibres de bois, 25 % de kaolin (du type "Kaopaque 10") et 25 % de talc Yellowstone, la fibre comprenant 35-40 % de pâte. kraft de feuillu et 10-15 % de pâte kraft de résineux,
sur la base de la teneur totale en solide de la composition. Du latex amphotère "P-57" est introduit dans la caisse
de la machine, à raison de 4,4 % sur la base du poids total de solides de la composition. De la résine de collage est également introduite dans la caisse de la machine, à raison de 3,8 kg/tonne. On ajoute de l'alun à raison de
10 kg/tonne et du latex "Dow XD-30440.01" à raison de
1,6 kg/tonne, au côté d'aspiration de la pompe de caisse
de la machine. Un polymère cationique "Betz 1260" est ajouté en amont de la caisse d'arrivée de pâte, à raison?. d'environ 0,2 kg/tonne. Après formation du papier, une colle du type "Penford Gum 280" à 10 % de solides est appliquée à la presse encolleuse, cette colle étant prise
à raison de 55,5-58,5 kg/tonne. La vitesse de la machine est de 180 m/min avec un débit de production de 4 à 4,5 t/h.
Le tableau V montre la moyenne des résultats
sur huit passes. Le tableau VI montre la moyenne des résultats sur huit passes effectuées après collage. Le tableau VI montre la moyenne des résultats obtenus avec les feuilles de base.
Les résultats sont en général excellents, avec une très grande résistance aux teneurs en charge de 40 %. Les niveaux de rétention à la première passe sont compris entre 60 et 80 %. Les feuilles sont aisément séchées, ce qui permet d'augmenter le débit de production. Plusieurs rouleaux sont imprimés avec succès, sans accumulation notable sur les presses d'impression.
Les caractéristiques de traction des papiers ainsi produits sont données dans le tableau VII.
TABLEAU V
Moyennes des résultats après collage
<EMI ID=19.1>
TABLEAU VI
MOYENNES DES RESULTATS SUR FEUILLES
DE BASE
<EMI ID=20.1>
NOTE : Echantillon prélevé avant la presse encolleuse à
la fin de l'essai.
<EMI ID=21.1>
<EMI ID=22.1>
EXEMPLE 21
A l'aide de la même machine que celle utilisée dans l'exemple 20, on effectue une série de passes pour produire des papiers dont les forces sont respectivement de 89,0 ;
74,2 ; et 66,8 g/m<2>, ces papiers contenant 32-42 % de charge. On suit sensiblement le même procédé que celui décrit dans l'exemple 20, bien que les quantités relativement grandes de résineux par rapport au feuillu soient utilisées dans la production des papiers de 74,2 et
89,0 g/m<2>. De même que précédemment, les résultats obtenus sont excellents, le papier séchant rapidement et présentant une excellente aptitude à l'impression. Les résultats obtenus sont donnés dans les tableaux VIII à XI.
TABLEAU VIII
MOYENNES DES RESULTATS D'ESSAIS
Jeux n[deg.] Jeux n[deg.] Jeux n[deg.] Jeu. n[deg.]
534-544 545-547 548-551 552
<EMI ID=23.1>
<EMI ID=24.1>
<EMI ID=25.1>
TABLEAU X
RESULTATS D'ESSAIS D'IMPRESSION I.G.T.
Applicateur à barreau: Encre n[deg.] 7 ; tension de ressort A ; " Westvaco" pression de 50 daN
<EMI ID=26.1>
NOTE : 126 indique une absence de prise.
TABLEAU XI
ANALYSE DES MATIERES
<EMI ID=27.1>
<EMI ID=28.1>
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention.
REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication à grande vitesse de papier fin contenant une charge minérale, qui consiste
à préparer une composition de papier comprenant des fibres de fabrication du papier, une charge minérale et un auxiliaire de rétention, à former une feuille continue de papier humide à partir de ladite composition, à faire sécher cette feuille continue et à traiter la surface de' la feuille séchée, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à préparer ledit papier fin d'une épaisseur de 0,04 à 0,4 mm et d'une force de 44,5 à 222,5 g/m<2>, renfer-
<EMI ID=29.1>
charge minérale, et ayant une résistance à la traction et une résistance dans la direction Z suffisantes pour supporter une impression en héliogravure ou en offset, à grande vitesse, la composition de papier comprenant une quantité de charge minérale suffisante pour qu'il reste, à l'intérieur dans la feuille continue de papier formée, lesdits
30-70 % de charge minérale, cette dernière étant compatible avec le système, au moins un auxiliaire de rétention comprenant un polymère cationique, lesdites fibres de fabrication du papier et 3-7 % de latex ionique, sur
la base de la composition sèche, le latex ionique étant choisi parmi des latex qui confèrent une bonne rétention de la charge minérale sans réduction sensible de la résistance, qui possèdent une charge électrique opposée et inférieure à la somme des charges des autres ingrédients de
la composition, et qui précipitent sur les fibres et les charges jusqu'à épuisement ou presque.