CH645146A5

CH645146A5 - Procede pour la fabrication de pate papetiere chimique et pate ainsi obtenue.

Info

Publication number: CH645146A5
Application number: CH709381A
Authority: CH
Inventors: Dominique Lachenal; Choudens Christian De; Pierre Monzie
Original assignee: Ugine Kuhlmann
Priority date: 1980-11-06
Filing date: 1981-11-05
Publication date: 1984-09-14
Also published as: JPS57106790A; ATA469981A; NO162776B; ES506891A0; FR2493365A1; IN156251B; FI76129B; DE3143523A1; DE3143523C2; CA1162008A; BE890812A; JPH0380915B2; AT376716B; IT8168398A0; FI813489L; FI76129C; FR2493365B1; IT1144850B; NO162776C; NO813747L

Description

L'invention concerne un procédé pour la préparation de pâtes papetières chimiques dans lequel la délignification des copeaux est effectuée en deux stades; elle vise également les pâtes ainsi obtenues.

Comme on le sait, les procédés alcalins classiques de fabrication des pâtes chimiques consistent schématiquement:

- à mélanger les copeaux de bois à une liqueur alcaline contenant un composé soufré,

- à porter progressivement ce mélange à une température comprise entre 150 °C et 180 °C,

- puis à cuire ce mélange pendant une durée suffisante pour atteindre le point de défïbrage des copeaux, la durée de cette cuisson étant fonction de la nature du bois de départ.

En fait, le point de défïbrage est atteint lorsque les taux résiduels de lignine correspondent à un indice Kappa de 30 à 35 pour les bois résineux et de 15 à 25 pour les bois feuillus.

La mise en oeuvre de ces procédés classiques très largement répandus présente deux principaux inconvénients. 5 Tout d'abord, ces procédés polluent considérablement l'atmosphère par le rejet de composés soufrés malodorants, tels que des mercaptans, S02, H2S. Dans le cas des pâtes blanchies, on rejette également des composés chlorés dans les ef-fluents de blanchiment. On peut résoudre partiellement ce io problème, à condition toutefois d'utiliser des systèmes de dépollution qui, comme on le sait, sont malheureusement très coûteux.

Ensuite et surtout le rendement en pâte de ces procédés conventionnels est très faible et se situe par exemple aux alen-15 tours de 40% pour les bois résineux, c'est-à-dire que l'on obtient seulement 40 kg de pâte sèche pour 100 kg de copeaux secs. Dans le cas du procédé kraft, on a suggéré, pour améliorer ce rendement, de prétraiter les copeaux avant cuisson pour stabiliser les hydrates de carbone, notamment par H2S ou 02. 20 Malheureusement, ces prétraitements faisant appel à des gaz restent complexes, nécessitent des appareillages spéciaux et ne sont guère développés.

On a également proposé des cuissons kraft dans lesquelles, par exemple, on introduit du soufre dans la liqueur de cuis-25 son, afin de former «in situ» des polysulfures qui, par oxydation, stabilisent les hydrates de carbone vis-à-vis de la dégradation alcaline. Le rendement est effectivement amélioré,

mais l'augmentation de la charge en soufre accroît la pollution atmosphérique, de sorte que ce procédé ne s'est guère dé-30 veloppé non plus.

Dans le brevet français 77 37 226 publié sous le n° 2 373 637, on a aussi suggéré d'ajouter à la liqueur de cuisson des quantités très faibles d'anthraquinone (inférieures à 0,1 % en poids par rapport au poids du bois sec). Cependant, con-35 trairement à ce qui ressort des résultats exposés dans les tableaux de ce brevet, les essais industriels ont montré que l'amélioration du rendement reste faible et s'accompagne le plus souvent d'une baisse sensible de certaines caractéristiques mécaniques des pâtes obtenues (voir notamment «Anthraqui-40 none in kraft pulping» - K. GOEL, A.M. AYROUD & B. BRANCH - Pulping Conference Proceedings, 24-26 Septembre 1979, Seattle, U.S.A. p. 213 et suivantes).

Bref, les perfectionnements connus actuellement pour améliorer le rendement des procédés alcalins classiques de fa-45 brication des pâtes chimiques, soit diminuent les propriétés mécaniques de ces pâtes, soit augmentent la pollution atmosphérique. Malgré les différentes tentatives effectuées, on butait toujours sur ce dilemne, alors que la protection de l'environnement est de plus en plus sévère et que le marché réclame so des pâtes de plus en plus résistantes.

L'invention vise donc un procédé économique, mis en oeuvre dans un appareillage conventionnel, qui, tout en améliorant sensiblement le rendement, ne soit pas plus polluant et augmente certaines caractéristiques mécaniques de ces pâtes, ss Ce procédé de préparation de pâte chimique dans lequel on fait cuire en température des copeaux de bois dans une liqueur alcaline contenant un composé soufré se caractérise:

- en ce que l'on arrête cette cuisson en température lorsque les copeaux présentent un taux résiduel de lignine corres-

60 pondant à un indice Kappa compris entre:

• 45 et 100 pour les bois résineux,

• 30 et 50 pour les bois feuillus,

- puis en ce que l'on défibre mécaniquement les copeaux ainsi traités,

65 - et enfin en ce qu'on achève la cuisson de ces copeaux défibrés au moyen d'une solution alcaline contenant de 0,1 à 1,5% en poids de peroxyde par rapport au poids sec du matériau défibré.

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En d'autres termes, l'invention consiste à arrêter la cuisson des copeaux avant d'atteindre les indices Kappa habituels des pâtes chimiques écrues, puis à défibrer mécaniquement, de manière en soi connue, les copeaux ainsi traités, avant d'achever leur cuisson au moyen d'une solution alcaline contenant du peroxyde.

On a déterminé que l'on obtenait les meilleurs résultats si:

- on arrêtait le premier stade de cuisson en température lorsque le taux résiduel de lignine correspond à un indice Kappa (mesuré selon la norme AFNOR T 12 018) compris entre:

• 45 et 60 pour les bois résineux dans le cas des pâtes à blanchir,

■ 80 et 100 pour les bois résineux dans le cas des pâtes destinées à l'obtention d'un matériau de couverture dans l'industrie de l'emballage dites pâtes pour liners,

•30 et 40 pour les bois feuillus (pâtes à blanchir);

- on incorporait à la liqueur de ce premier stade de cuisson au plus 0,05% (en poids par rapport au poids sec des copeaux) d'anthraquinone ou de dérivés de l'anthraquinone ou de l'anthracène-diol hydrogénés ou non hydrogénés, comme par exemple les dérivés faisant l'objet du brevet belge 877 401 et les dérivés faisant l'objet du brevet français n° 2 435 457 au nom de Produits Chimiques Ugine Kuhlmann;

- le défïbrage était effectué mécaniquement (défïbreur à disques, pulpeur, etc.);

- la liqueur du deuxième stade de cuisson contenait, en plus du peroxyde, de 1 à 5%, et de préférence de 2 à 4%, de soude par rapport au poids sec du matériau défibré;

- lors du deuxième stade de cuisson, on opérait à une température comprise entre 20 et 120 °C, de préférence entre 70 et 100 °C, et pendant 30 à 180 minutes, de préférence aux alentours de 120 minutes;

- le traitement au peroxyde était effectué en présence d'additifs ayant pour effet, soit de ralentir les réactions de décomposition bien connues des peroxydes, soit de limiter la dégradation de la cellulose; ces additifs peuvent être, par exemple, le sulfate de magnésium, le carbonate de sodium, les phosphates de sodium ou des composés organiques.

Comme peroxyde, on utilise des composés connus comme tels de formule générale R-O-O-X, dans laquelle R désigne un radical et X un ion métallique ou l'hydrogène. On peut citer le peroxyde d'hydrogène qui est économiquement préféré, le peroxyde de sodium, de potassium ou de calcium, les perbo-rates, les persulfates.

De manière connue, après le deuxième stade de cuisson, la pâte obtenue est lavée à l'eau. Elle peut ensuite être éventuellement blanchie par les procédés conventionnels de blanchiment.

La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent, donnés à titre indicatif et non limitatif. Pour des raisons de commodité, les donnés de ces exemples, ainsi que les résultats ont été rassemblés dans les tableaux ci-après.

Dans ces tableaux et dans l'ordre:

- l'alcali actif est donné en % par rapport au poids du bois de départ sec,

- la sulfidité est donnée en % par rapport à l'alcali actif,

- le taux de sulfite est donné en % par rapport au poids sec du bois de départ,

-les durées sont données en minutes,

- le poids de l'anthraquinone est donné en % par rapport au poids sec du bois de départ,

-l'indice Kappa, c'est-à-dire le nombre de millilitres de solution de permanganate de potassium 0,1 N consommée en 10 minutes à 25 °C par 1 gramme de pâte, est mesuré selon la norme AFNOR T12-018 de Juin 1966 (Pulp and Paper, Che-

mistry and Chemical Technology, 3e éd.vol. I page 665,

James P. Casey éd., John Wiley and Sons, New York USA),

- le rendement du premier stade de la cuisson est exprimé en % par rapport au poids sec du bois de départ,

5 - les quantités de peroxyde d'hydrogène, de soude et de sulfate de magnésium du deuxième stade de cuisson sont donnés en % par rapport au poids sec du matériau défibré,

- le rendement final est exprimé en % par rapport au poids sec du bois de départ,

io - les caractéristiques mécaniques sont mesurées à 40° SR, selon les normes AFNOR respectivement:

• Q 03 004 pour la longueur de rupture en mètres,

• Q 03 014 pour l'indice d'éclatement,

• Q 01 011 pour l'indice de déchirure.

i5 Dans les exemples du tableau 1, on a utilisé comme matière première de base des copeaux de pin sylvestre.

Dans'les exemples II et IV, entre et le deuxième stade, on effectue, à l'aide d'un défïbreur à disques, le défïbrage mécanique des copeaux issus du premier stade de cuisson. 20 L'exemple I décrit le procédé conventionnel de préparation de pâte kraft.

L'exemple II décrit un premier mode de réalisation de l'invention dans lequel on a arrêté le premier stade de cuisson après 45 minutes au lieu de 60, de manière à obtenir, après le 25 deuxième stade de cuisson, un indice Kappa du même ordre de grandeur qu'à l'exemple I, c'est-à-dire 36,0 contre 37,0.

L'exemple III décrit un mode de réalisation connu de l'art antérieur, dans lequel on a ajouté à liqueur de cuisson de l'anthraquinone à raison de 0,05%; là également, pour facili-30 ter la comparaison, on cherche à obtenir un indice Kappa identique à celui de l'exemple I (37,0).

L'exemple IV décrit un mode de réalisation perfectionné de l'invention avec addition d'anthraquinone à la liqueur du premier stade de cuisson, mais à une dose presque moitié de 35 celle de l'exemple III. En comparant ces différents exemples, on constate:

- entre les exemples I et II, que pour le même indice Kappa, le rendement passe de 43,5 à 45,8% (augmentation de la quantité de pâte obtenue de l'ordre de 5%), ce qui, compte-

40 tenu des capacités de fabrication actuelles (à titre indicatif, une unité courante de fabrication est de l'ordre de 500 à 600 t/jour), présente une amélioration considérable. De plus, cette augmentation de rendement s'accompagne d'une stabilité des indices de déchirure et d'éclatement, mais surtout, 45 d'une amélioration substantielle de la longueur de rupture, ce qui était tout à fait inattendu et contraire aux enseignements traditionnels;

- si l'on compare respectivement les résultats des essais II et IV à ceux de l'essai I, on constate que l'addition d'anthra-

50 quinone à la première liqueur de cuisson permet une augmentation supplémentaire du rendement final (46,5 au lieu de 45,8%), l'amélioration de la longueur de rupture passant simultanément de 13% pour l'exemple II, à 34% pour l'exemple IV. Dans l'art antérieur (exemple III), l'addition d'anthra-55 quinone à elle seule ne procurait qu'une amélioration de l'ordre de 6%, bien que la quantité d'anthraquinone utilisée soit près du double de celle utilisée dans l'invention.

En outre, dans aucun cas, le mode de réalisation selon l'invention (exemple II et IV) ne présente une pollution supé-60 rieure quelconque à celle de l'art antérieur (exemples I et III).

Dans les exemples du tableau 2, on a repris les conditions du tableau 1 en les adaptant, de manière en soi connue, au traitement de copeaux de bois feuillus (bouleau).

L'exemple V décrit le procédé conventionnel de prépara-65 tion de pâte kraft.

L'exemple VI décrit un premier mode de réalisation de l'invention dans lequel le premier stade de cuisson est réalisé avec une quantité réduite d'alcali actif (18% au lieu de 19,5%)

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de manière à obtenir, après le deuxième stade de cuisson, un indice Kappa du même ordre de grandeur qu'à l'exemple V, c'est-à-dire 20 au lieu de 21,2.

L'exemple VII décrit un mode de réalisation connu de l'art antérieur dans lequel on ajoute à la liqueur de cuisson de l'anthraquinone à raison de 0,05%.

L'exemple VIII décrit un mode de réalisation perfectionné de l'invention avec addition de 0,03% d'anthraquinone à la liqueur du premier stade de cuisson.

La comparaison de ces différents exemples met en lumière les mêmes avantages (augmentation du rendement et amélioration simultanée de certaines des caractéristiques physiques) que dans le cas des bois résineux résumé au tableau 1.

Dans les exemples du tableau 3, on a appliqué à des copeaux de bois feuillus (hêtre), une autre variante de fabrication de pâte chimique mettant en oeuvre une liqueur alcaline contenant un composé soufré.

L'exemple IX décrit le procédé conventionnel de préparation de pâte au sulfite.

L'exemple X décrit un mode de réalisation de l'invention dans lequel on a arrête le premier stade de cuisson après 90 minutes de manière à obtenir après le deuxième stade de cuisson un indice Kappa du même ordre de grandeur qu'à l'exemple IX (28 au lieu de 27).

La comparaison des résultats de ces deux exemples fait ressortir les mêmes avantages d'augmentation simultanée du rendement et des caractéristiques mécaniques.

Dans le brevet français 77 24131 de la titulaire, publié sous le n° 2 298 839 et dans son certificat d'addition 78 20715,

publie sous le n° 2 430 475, on avait décrit un procede de préparation de pâte chimique dans lequel on traitait les matériaux lignocellulosiques en deux étapes de cuisson, tout d'abord au moyen d'une solution d'hydroxyde de sodium, puis, s après un défïbrage intermédiaire, par une seconde cuisson, au moyen d'une solution alcaline de peroxyde. On obtenait ainsi des pâtes dont les performances se rapprochaient de celles des pâtes kraft, tout en diminuant la pollution de façon importante.

10

Parallèlement, comme déjà dit, on savait que toutes les tentatives pour augmenter le rendement des pâtes kraft se traduisaient, soit par une diminution des propriétés mécaniques de ces pâtes, soit par une augmentation substantielle de la polis lution. On ne pouvait donc pas prévoir que l'adaptation particulière du traitement de cuisson en deux étapes, dont la deuxième cuisson en solution alcaline de peroxyde à faible concentration et ce, dans des conditions particulières de la première cuisson, permettrait d'obtenir de tels résultats contrai-20 res aux enseignements de l'art antérieur. En effet, le procédé selon l'invention permet d'améliorer très nettement le rendement, sans augmenter la pollution et tout en conservant sensiblement, même en améliorant, certaines des caractéristiques mécaniques (en particulier, la longueur de rupture) de la pâte 25 obtenue.

Les pâtes chimiques écrues préparées de la sorte ont un indice Kappa identique à ceux des pâtes chimiques écrues con-ventionelles. Elles peuvent donc être blanchies par les séquences de blanchiment habituelles.

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Tableau 1

Traitement de copeaux de pin Silvestre

Exemple I

Exemple II

Exemple III

Exemple IV

Premier stade

Alcali actif, %

24

21

Sulfïdité, %

25

Rapport liqueur/végétal

4

Température, °C

170

Montée en température, mn

90

Durée du palier, mn

60

45

50

60

Anthraquinone, %

0

0,05

0,03

Indice Kappa

37,0

53,6

37,0

50,6

Rendement, %

43,5

46,6

44,5

47,5

Deuxième stade

H2O2, %

0,5

NaOH, %

3,0

MgS04,7 H20, %

0,5

Concentration en pâte, %

20

Température, °C

90

Durée, nm

120

Indice Kappa final

37,0

36,0

37,0

34,0

Rendement final, %

43,5

45,8

44,5

46,5

Caractéristiques mécaniques (400 SR)

Longueur de rupture, m

7845

8860

8340

10520

Indice d'éclatement

6,5

6,4

7,2

Indice de déchirure

1070

1034

884

950

5

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Tableau 2

Traitement de copeaux de bouleau Exemple V Exemple VI Exemple VII Exemple Vili

Premier stade

Alcali actif, %

19,5

18,0

19,5

17,0

Sulfidité, %

25

Rapport liqueur/végétal

4

Température, "C

170

Montée en température, mn

90

Durée du palier, mn

60

Anthraquinone, %

0,05

0,03

Indice Kappa

21,2

35,1

20,6

35,7

Rendement, %

49,8

52,9

50,6

54,2

Deuxième stade

H2O2, %

0,6

NaOH, %

3,0

MgS04,7 H20, %

0,5

Concentration en pâte, %

20

Température, °C

90

Durée, mn

90

Indice Kappa final

21,2

20,0

20,6

20,4

Rendement final, %

49,8

51,3

50,6

52,2

Caractéristiques mécaniques (40 °C SR)

Longueur de rupture, m

9130

9850

9570

9775

Indice d'éclatement

5,9

6,4

6,2

6,3

Indice de déchirure

750

718

740

Tableau 3

Traitement de copeaux de hetre

Exemple IX

Exemple X

Premier stade

Na2S03, %

22

Na2C03, %

5

Rapport liqueur/végétal

3

Température, °C

175

Montée en température, mn

90

Durée du palier, mn

120

90

Indice Kappa

27

45

Rendement, %

51,5

55,5

Deuxième stade

H202, %

0,5

NaOH, %

3,0

MgS04,7 H20, %

0,5

Concentration en pâte, %

20

Température, °C

90

Durée, mn

120

Indice Kappa final

27

28

Rendement final, %

51,5

53,5

Caractéristiques mécaniques 40 ° SR)

Longueur de rupture, m

6340

7200

Indice d'éclatement

4,4

4,6

Indice de déchirure

600

C

Claims

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1. Procédé pour la préparation de pâtes papetières chimiques dans lequel on fait cuire en température des copeaux de bois dans une liqueur alcaline contenant un composé soufré, caractérisé:

- en ce que l'on arrête cette cuisson en température lorsque les copeaux présentent un taux résiduel de lignine correspondant à un indice Kappa compris entre:

• 45 et 100 pour les bois résineux,

• 30 et 50 pour les bois feuillus,

- puis en ce que l'on défibre mécaniquement les copeaux ainsi traités,

- et enfin en ce que l'on achève la cuisson de ces copeaux défibrés au moyen d'une solution alcaline contenant de 0,1 à 1,5% en poids de peroxyde par rapport au poids sec du matériau défibré.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour les bois résineux pour pâtes à blanchir, on arrête le premier stade de cuisson lorsque le taux résiduel de lignine correspond à un indice Kappa compris entre 45 et 60.

2

REVENDICATIONS

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour les bois résineux pour pâtes destinées à l'obtention d'un matériau de couverture dans l'industrie de l'emballage dites pâtes pour liners, on arrête le premier stade de cuisson lorsque le taux résiduel de lignine correspond à un indice Kappa compris entre 80 et 100.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour les bois feuillus, on arrête le premier stade de cuisson lorsque le taux résiduel de lignine correspond à un indice Kappa compris entre 30 et 40.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la liqueur du deuxième stade de cuisson contient aussi un agent stabilisant du peroxyde.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on incorpore à la liqueur alcaline du premier stade de cuisson, à base de soude et d'un composé soufré, au plus 0,05% en poids par rapport au poids sec des copeaux d'un composé choisi dans le groupe comprenant l'anthraquinone, les dérivés de l'anthraquinone ou de l'anthracène-diol hydrogénés ou non hydrogénés.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la liqueur du deuxième stade de cuisson contient de 1 à 5%, de préférence 2 à 4%, de soude par rapport au poids sec du matériau défibré.

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on effectue le deuxième stade de cuisson à une température comprise entre 20 et 120 °C, de préférence entre 70 et 100 °C, pendant 30 à 180 minutes, de préférence aux alentours de 120 minutes.

9. Pâte papetière chimique obtenue par le procédé selon la revendication 1.