Procédé d'élimination de la matière colorante d'une matière cellulosique de rebut imprimée ou teinte La présente invention concerne un procédé per fectionné pour éliminer l'encre ou autre matière colo rante d'une matière première cellulosique imprimée ou teinte de rebut.
La transformation de journaux, magazines et autres types de matière cellulosique imprimée de rebut, en un produit pouvant être de nouveau utilisé dans la fabrication du papier ou d'autres produits cellulosiques, a été un but très recherché. Bien qu'on ait proposé de nombreux procédés pour éliminer l'encre d'une telle matière cellulosique imprimée, ces procédés ne se sont généralement pas avérés satisfaisants dans l'industrie.
Un grand nombre de ces procédés, par exemple lorsqu'on essaie de les appliquer à l'échelle industrielle pour le traitement général des journaux de rebut et des vieux chiffons, sont incapables de donner une pâte apte à être réu tilisée comme matière -première pour l'impression de journaux, de magazines ou de livres. L'insuccès peut être attribué au fait qu'un grand nombre de ces procédés font passer une proportion importante des particules de l'encre dans les fibres cellulosiques, en rendant ainsi la pâte grise et d'emploi non satisfai sant, excepté pour la fabrication de papiers de qua lité inférieure, par exemple de cartons d'emballage de qualité inférieure.
Parmi ces procédés, certains sont si coûteux, longs, pénibles et compliqués, qu'ils ne peuvent pas être mis en oeuvre de façon rentable.
L'invention a pour but d'éliminer les inconvé nients ci-dessus.
Le procédé selon l'invention d'élimination de la matière colorante d'une matière cellulosique de rebut imprimée ou teinte consiste à mettre cette matière en pâte dans une solution aqueuse alcaline contenant un détergent anionique et un agent mouillant non ionique. On traite une matière cellulosique imprimée de rebut pendant des durées relativement courtes et à une température relativement basse avec une solu tion aqueuse contenant des produits chimiques rela tivement doux, qui font monter le pigment de l'encre de la matière cellulosique et qui l'empêche de se fixer de nouveau sur les fibres cellulosiques.
Les particules d'encre ou autre pigment séparées de cette manière peuvent ensuite être éliminées de la pâte cellulosique avec la solution aqueuse.
L'eau utilisée dans la solution de traitement en phase aqueuse est de préférence sensiblement exempte d'impuretés, notamment de fer. On a trouvé que la présence du fer dans la solution traitante modifie dans une grande mesure la couleur de la pâte, ou bien colore cette dernière et aboutit fréquemment à une teinte grise nuisible. En général, la teneur en fer de l'eau doit être inférieure à 1 partie par million et, de préférence, inférieure à 0,5 partie par million.
Le fer et les autres impuretés peuvent être éli minés de l'eau de toute manière appropriée, par exemple par traitement à la zéolite. Ces opérations de purification sont bien connues et n'entrent pas dans le cadre de l'invention.
Bien qu'on puisse employer tout alcali appro prié, on préfère utiliser les hydroxydes des métaux alcalins et, notamment, l'hydroxyde de. sodium et l'hydroxyde de potassium. On doit ajouter la quan tité suffisante d'alcali pour ajuster le pH de la solution aqueuse à une valeur comprise entre 7,0 et 10 ou même supérieure, et comprise de préférence entre 8,5 et 9,5.
On obtient des résultats particuliè rement avantageux lorsque le pH est d'environ 9,2 et cette valeur semble constituer un optimum: Bien qu'on ait suggéré l'emploi d'une grande variété de détergents synthétiques pour éliminer l'en- cre du papier, on a trouvé que les meilleurs résultats sont obtenus avec des détergents organiques de syn thèse du type anionique.
Les sulfonates d'alcoylaryle hydrosolubles à radi caux alcoyliques à chaîne relativement longue comp tent parmi les détergents organiques (anioniques de synthèse les mieux appropriés. En général, les chaînes alcoyliques peuvent contenir d'environ 9 à 19 atomes de carbone. Ces sulfonates organiques sont disponi bles dans le commerce, notamment comme sulfona- tes d'alcoylaryle alcalin dans lesquels on incorpore des promoteurs.
On entend par promoteurs des addi tifs qui améliorent le comportement des sulfonates dans leur fonction d'épuration, par exemple les dif férents phosphates et polyphosphates, les sulfates alcalins et des composés analogues.
Les agents mouillants qu'il convient d'utiliser dans la solution de traitement aqueuse peuvent être définis comme étant des agents tensioactifs non ioni ques de synthèse hydrosolubles contenant une chaine polyoxyalcoylénique composée d'au moins deux radi caux alcénoxyles et dérivés de phénols alcoylés dans lesquels le nombre total d'atomes de carbone alcoy- liques est compris entre 4 et 24.
Les agents tensioactifs non ioniques définis ci- dessus et utilisables conformément à l'invention peu vent être représentés d'une façon plus typique par la formule générale R-(-CHRi-CHRl-O-),t-H i dans laquelle R représente le reste d'un alcoylphénol approprié, RI représente un hydrogène ou un alcoyle inférieur et n a une valeur comprise entre 2 et 100 ou supérieure, généralement comprise entre environ 4 et 30.
Les composés de ce type sont bien connus et sont décrits en même temps que leurs procédés de fabrication dans de nombreux brevets et dans la littérature. En général, ils peuvent être obtenus en condensant un éther de polyglycol contenant le nom bre désiré de radicaux alcénoxyles ou un oxyde d7al- coylène tel que l'oxyde de propylène, l'oxyde de butylène ou, de préférence, l'oxyde d'éthylène avec un alcoylphénol approprié.
La quantité d'oxyde d'alcoylène condensée avec l'alcoylphénol, c'est-à- dire la longueur de la chaîne polyoxyalcoylénique, dépend principalement du composé particulier avec lequel il est condensé.
A titre de règle empirique convenable, on doit employer environ 1 mole d'oxyde d'alcoylène pour 2 atomes de carbone dans l'alcoyl- phénol. Toutefois, la quantité optimale d'oxyde dal- > coylène peut facilement être déterminée dans chaque cas particulier par un essai préliminaire et par l'expé rience courante.
Les dérivés d'oxyde de polyalcoylène des compo sés phénoliques contenant 1 ou plusieurs substituants alcoyles qui peuvent être employés dans les compo sitions de l'invention sont décrits dans les brevets américains No 2 213 477 déposé le 18 novembre 1936 et No 2 593 112 déposé le 15 décembre 1948. Ceux qu'il convient d'employer sont les dérivés d'oxyde de polyalcoylène solubles dans l'eau, des composés phénoliques alcoylés dans lesquels le nom bre total des atomes de carbone alcoyliques est compris entre 4 et 20.
A titre d'exemples de ces composés phénoliques, on peut mentionner les phé nols et les crésols dont les substituants alcoyliques sont les radicaux butyles, amyles, dibutyles et diamy- les normaux et isomères, les tripropylphénols et les tripropylcrésols, les heptyl-, octyl-, nonyl-, décyl-, undécyl-, dodécyl-, tétradécyl-, cétyl-, oléyl-,
octadé- cylphénols et crésols, en plus du dihexylphénol et du trihexylphénol préparés à partir de l'hexène-1 et du phénol, ainsi que le di-isoheptylphénol, le dioctyl- phénol, le dinonylphénol, le dioctyl-p-crésol, le dioc- tyl-o-crésol, le didécylphénol, le didodécylphénol, etc.
On peut aussi mentionner les dérivés d'oxydes de polyalcoylènes des phénols et des crésols à substi- tuants alcoyliques secondaires et tertiaires obtenus par condensation d'oléfines du type provenant du raffinage du pétrole, avec des phénols ou des cré sols.
Dans le cas de produits obtenus par condensa tion d'un phénol ou d'un crésol avec des oléfines de 3 à 5 atomes de carbone, telles que le propylène, le butylène et l'amylène, il est désirable d'employer les phénols ou les crésols dialcoylés, tandis que dans le cas de composés obtenus par condensation d'un phénol ou d'un crésol avec une oléfine contenant au moins 8 atomes de carbone, ce sont les dérivés mono- substitués qui sont préférés.
Des dérivés avantageux peuvent également être obtenus à partir des phénols et des crésols contenant un substituant dérivé d'olé fines contenant de 8 à 18 atomes de carbone, telles que le di-isobutylène et les autres alcoylènes tels que le nonylène, le décylène, l'undécylène, le dodécylène, le pentadécylène, l'octadécylène et leurs mélanges et ils peuvent être avantageusement les dimères et les trimères obtenus par polymérisation des oléfines de faible poids moléculaire telles que le propylène, le butylène, l'isobutylène,
l'amylène ou leurs mélanges. On obtient des résultats particulièrement avanta geux avec les produits d'addition de l'oxyde d'éthy lène et du dodécylphénol, et l'emploi de cette matière est préféré.
La quantité de détergent anionique et d'agent mouillant non ionique utilisés doit être contrôlée avec soin. Par rapport au poids du papier sec ou de la pâte sèche la quantité de chacune de ces matières peut varier entre environ 0,1 et 2'% et de préfé- rence entre environ 0,25 et 0,75 0/0.
Des résultats particulièrement avantageux sont obtenus lorsqu'on emploie environ 0,5 % en poids de papier sec ou de pâte sèche de chaque matière, et cette quantité constitue un optimum.
La température de la solution de traitement peut varier depuis la température ambiante du poste de travail, par exemple depuis la gamme de 4,4 à 21,10C jusqu'au point de trouble ou température de décomposition du détergent anionique et de l'agent mouillant non ionique. Bien que de bons résultats soient obtenus à la température ambiante, on a trouvé que l'élimination de l'encre se faisait plus rapidement lorsque la température de la solution de traitement était comprise entre environ 43,3 et 60oC.
Lorsqu'on prépare la solution de traitement, de l'eau contenant moins d'environ 1 partie par mil lion de fer, chauffée ou à la température ambiante comme indiqué ci-dessus, est chargée dans le réac teur ou pilon et on ajoute ensuite l'hydroxyde de métal alcalin pour ajuster le pH à la valeur indiquée ci-dessus. Le détergent anionique et l'agent mouillant non ionique peuvent être incorporés dans l'eau à un instant quelconque avant l'addition du papier de rebut ou des vieux chiffons, bien qu'on préfère les ajouter après l'ajustement du pH.
A la solution alcaline obtenue, on ajoute le papier imprimé, les déchets ou les vieux chiffons. Les vieux chiffons ou le papier journal de rebut peuvent, si on le désire, être délissés par des moyens appropriés avant le traitement. Toutefois, ceci n'est pas nécessaire et la matière de rebut peut être ajoutée à la solution de traitement sans délissage ou sans fractionnement des dimensions de quelque manière que ce soit.
L'un des avantages de l'inven tion réside dans le fait que les techniques coûteuses du délissage ou de la mise en pâte avant l'élimina tion de l'encre ne sont pas nécessairement employées. Ainsi, la matière de rebut, dont on désire éliminer l'encre, est de préférence ajoutée à la solution de traitement sous son état sec naturel, c'est-à-dire sans être soumise à une humidification ou à un apport d'eau autre que celle qui est normalement présente dans l'atmosphère.
Bien que l'élimination de l'encre se produise lorsque la matière de rebut est tout d'abord mise en pâte dans l'eau, on a trouvé, en général, que les résultats obtenus sont inférieurs à ceux que l'on obtient lorsque la matière de rebut est ajoutée à la solution de traitement dans son état sec naturel, c'est-à-dire en équilibre avec l'atmo sphère naturelle environnante. Bien que ceci ne présente aucun caractère limitatif, il semble que l'humidification de la matière de rebut avec de l'eau, avant de la soumettre au traitement chimique décrit ici, présente une tendance à fixer l'encre en rendant difficile son élimination des fibres cellulosiques.
La quantité de déchets ou de vieux chiffons ajoutée à la solution de traitement doit être con trôlée. En général, la proportion centésimale de matière cellulosique, en poids de la solution de traitement en phase aqueuse, doit être inférieure à 10 % et, de préférence, inférieure à 6,0 %, ou bien elle doit être comprise entre environ 4,0 et 6,0 01o. On obtient de bons résultats avec environ 5 à 5,5 0/0 en poids de papier dans la solution d'élimination de l'encre, et cette valeur semble être optimale.
Les déchets retenus dans la solution traitante jusqu'à ce qu'il se produise une dissociation sensible des fibres. Suivant le degré d'agitation dans le réacteur, la durée de séjour dans ce dernier peut varier entre environ 10 et 30 minutes. Après le traitement, la matière dissociée en fibres tombe dans une caisse ou un autre réservoir appro prié où elle est diluée avec d e Peau à une teneur en solides comprise entre environ 0,5 et 1,5 % et,
de préférence, égale à environ 1,0 0/0, par rapport au poids de la solution.
Après la dilution, on sépare la pâte de la solu tion et on l'épaissit par des procédés bien connus, par exemple par criblage. La pâte obtenue est ensuite lavée, acidifiée à un pH compris entre environ 4 et 7, de préférence entre environ 4,5 et 5,5, épaissie, puis étalée.
On a trouvé que cette opération d'acidification augmente dans une large mesure l'éclat du papier produit à partir de la pâte récupérée, tout en évitant également la nécessité d'un blanchiment de la pâte.
On a trouvé, en outre, que l'acidification tend à fixer toutes les particules d'encre résiduelles qui peuvent être présentes, en empêchant de cette façon que ces particules soient libérées et viennent au contact des feutres et des cylindres pendant l'opération d7étale- ment. On a constaté, autrefois, que ces particules d'encre résiduelles créaient une difficulté considéra ble qui s'aggravait pendant l'étalement.
La matière récupérée peut être mélangée avec une matière fraichement traitée au sulfate ou au sulfite ou avec une autre matière récupérée pour la fabrication d'articles cellulosiques tels que des journaux, etc.
Un dispositif qui convient pour effectuer le pro cédé d'élimination de l'encre est représenté au dessin annexé qui montre schématiquement les différentes opérations mises en #uvre dans un procédé particu lièrement avantageux.
Une forme de réalisation d'une installation per mettant de mettre en couvre le procédé de l'invention est représentée, à titre d'exemple, uu dessin annexé.
Comme le représente la figure unique, l'eau pro venant d'une source appropriée 1 est tout d'abord traitée en 2 pour éliminer les impuretés et pour s'assurer que sa teneur en fer est inférieure à envi ron 1 partie par million. L'eau purifiée est ensuite chargée dans un récipient de réaction ou pilon 3. Le réacteur est équipé d'un agitateur mécanique de forme appropriée qui brasse la matière cellulosique et dissocie les fibres. Si on le désire, on peut atta cher des chicanes de répartition à l'intérieur du réacteur 3 pour parfaire l'action d'agitation. Lorsque la solution est utilisée à une température élevée, le réacteur 3 est de préférence équipé d'un couvercle pour retenir la chaleur dans le récipient.
De même, on peut prévoir des échangeurs thermiques appro priés tels que des serpentins, des chemises, etc., lors qu'on désire utiliser la solution aux températures élevées indiquées. Comme le montre clairement la description suivante, la mise en pâte ou la dissocia tion des fibres ainsi que la séparation des particules d'encre se produisent dans le réacteur 3.
Après que de l'eau chauffée ou à la température ambiante a été chargée dans le réacteur 3, comme indiqué dans ce qui précède, on ajuste son pH comme on l'a défini plus haut. Le détergent anio- nique et l'agent mouillant non ionique peuvent être chargés dans le réacteur 3 avant ou après l'ajuste ; ment du pH, de préférence après, et on continue l'agitation jusqu'à ce que ces matières soient dis soutes. Par exemple, on peut introduire le détergent, l'agent mouillant et l'alcali en 3' dans le réacteur 3.
On ajoute ensuite en 4 dans le réacteur 3 du papier de rebut, des vieux chiffons ou toute autre matière cellulosique imprimée.
Après une durée appropriée, on fait tomber le mélange dans une caisse de stockage 5 qui est, de préférence, équipée d'un .agitateur approprié. Si on le désire, on peut charger de l'eau dans la caisse pour diminuer la teneur en solides du mélange qu'elle contient. Le mélange provenant de la caisse est ensuite dilué et lavé en 6 avec de l'eau jusqu'à la teneur en solides indiquée ci-dessus.
Après la i dilution et le lavage, la pâte peut être épaissie en 7 jusqu'à ce qu'elle présente une consistance corres- pondant à environ 5 '% de solides ou à environ 3 à 8 % de solides, par exemple par égouttage ou par lavage sur un crible en fil métallique de 0,35 mm d'ouverture de maille. On peut utiliser un lavage à courant continu et/ou à contre-courant.
La pâte obtenue est ensuite acidifiée en 8 au pH indiqué ci-dessus en lui ajoutant une solution diluée d'un acide approprié introduite en 9, par exemple de r l'acide sulfurique, de l'anhydride sulfureux, etc. La pâte obtenue peut finalement être épaissie en 10 puis étalée en 11. Le nombre des opérations d'épais sissement et de lavage qui précèdent l'opération d'acidification n'est naturellement pas critique et le nombre de ces traitements doit être régi essentielle ment par des considérations d'ordre économique. On a obtenu de bons résultats, par exemple en répétant trois fois les opérations de lavage et d'épaississement. De même, si on le désire, la pâte peut être décolorée en utilisant un .agent de blanchiment approprié après l'acidification.
Dans ce cas, la pâte doit être lavée après le blanchiment. Toutefois, ce dernier n'est habituellement pas nécessaire. Lorsatu'on met en oeuvre l'acidification seulement, la pâte n'a pas besoin d'être, et de préférence n'est pas, lavée après cette acidification.
Les eaux résiduaires quittant le réacteur 3 sont envoyées à un poste 12 recevant également celles des épaisseurs 7 et 10. L'eau épurée en 2 alimente aussi i les postes 5, 6 et 8.
A titre d'exemple du procédé de l'invention, on opéra de la façon suivante L'élimination de l'encre fut effectuée sur des lots de façon discontinue. De l'eau purifiée contenant 3 moins d'une partie par million .de fer fut chauffée à une température allant de 43,3 à 600 C, en s'efforçant de ne pas dépasser la température maximale indiquée. On ajouta de la soude en quantité suffisante pour ajuster le pH à environ 9,2.
La quantité de soude né- cessaire pour donner cette valeur de pH est d'environ 0,5 % par rapport au poids du papier sec apporté.
De la pâte de qualité Santomerse No 3 et du produit appelé Sterox D. J. furent ensuite ajoutés à la solution aqueuse alcaline chaude à raison de 0,5 % en poids, respectivement, par rapport au poids sec du papier.
La pâte Santomerse NI, 3 est ven due par la Monsanto Chemical Company et con siste essentiellement en un sulfonate d'alcoylaryle additionné d'un liant inorganique. Le Sterox D. J.
est vendu par la même société et consiste en un agent tensioactif non ionique, qui peut être défini comme un produit d'addition de l'oxyde d'éthylène et du dodécylphénol, par exemple un éther polyéthylénique du dodécylphénol.
On ajouta à la solution alcaline obtenue environ 5 % en poids de journaux de rebut et de vieux chiffons, par rapport au poids de la solution.
La température du mélange fut maintenue entre 43,3 et 600 C et -an continua la mise en pâte tout en agitant pendant 15 minutes. On fit ensuite tomber la pâte dans une caisse, après quoi on la dilua avec de l'eau pour donner un mélange contenant environ 1 % de solides par rapport au poids de la pâte. On épaissit ensuite cette dernière par passage sur un crible de 0,35 mm d'ouverture de maille et on la lava avec de l'eau,
après quoi on l'acidifia à un pH de 4,8 à 5,2 par traitement avec une solution diluée d'acide sulfurique. Après l'acidification, on épaissit de nouveau la pâte après quoi on l'étala. La pâte obtenue fut à peu près blanche et sa qualité permit de l'employer en mélange avec une matière première fraîchement traitée au sulfate ou au sulfite ou avec une autre matière récupérée pour former un nouveau papier d'impression.
La durée du séjour !du papier de rebut imprimé dans la solution de traitement, comme indiqué à l'exemple ci-dessus, est très courte. En général, la durée de séjour doit être au moins égale à environ 10 minutes ou comprise entre environ 10 et 30 minu tes, la durée optimale étant d'environ 15 minutes.
Bien que dans la description qui précède, le déter gent anionique et l'agent mouillant non ionique soient ajoutés dans la solution aqueuse alcaline, il est évident que ces matières peuvent également être introduites dans la solution en même temps que la matière cellu losique de rebut, par exemple en appliquant par pul vérisation sur cette matière le détergent anionique et l'agent mouillant non ionique avant son introduction dans le pilon ou le réacteur.
Bien qu'on ait indiqué, dans l'exemple qui pré cède, l'emploi d'un procédé à marche discontinue ou mieux à marche semi-discontinue, il y a lieu de remarquer que l'élimination de l'encre peut être effec tuée en utilisant un procédé continu, comme cela est évident pour le spécialiste.