EP0285487A1 - Perfectionnement aux procédés de fabrication du papier - Google Patents

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EP0285487A1
EP0285487A1 EP88400618A EP88400618A EP0285487A1 EP 0285487 A1 EP0285487 A1 EP 0285487A1 EP 88400618 A EP88400618 A EP 88400618A EP 88400618 A EP88400618 A EP 88400618A EP 0285487 A1 EP0285487 A1 EP 0285487A1
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EP
European Patent Office
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cellulose fibers
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paper
products
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Lucien Bourson
Yves Bonnaud
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Atochem SA
Elf Atochem SA
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    • D21H17/675—Oxides, hydroxides or carbonates

Definitions

  • the present invention relates to an improvement to the papermaking processes.
  • the raw paper pulp consisting essentially of cellulose fibers is put in the form of a dilute aqueous suspension which is brought into the headbox of the paper machine from where it is distributed on a filter cloth on which the sheet is formed. of paper. This sheet is then wrung and dried.
  • the qualities and properties of the paper obtained are determined in particular by the operating conditions of the paper machine, the raw pulp, the various additives that are added to the suspension before the sheet is formed and also the products that are coated. on the sheet of paper after the filter cloth.
  • the present invention relates more particularly to the products which are added before the sheet is formed.
  • mineral fillers such as calcium carbonate, titanium dioxide, etc. These fillers make the sheet of paper opaque which facilitates writing and printing.
  • a bonding agent is also added to make the sheet resistant to liquids, that is to say that the bonded sheet of paper can be used for writing and printing. It is also necessary to add a retentive system which precipitates the bonding agent on the cellulose fibers and which also allows the retention of the mineral fillers in the sheet of paper.
  • the retentive system is often a mixture of several products. We also add products to improve the mechanical qualities of paper, dyes, etc.
  • the patent application under Japanese priority 85 JP 031519 of February 21, 1985 speaks of a collage in a neutral medium.
  • the filler is calcium carbonate, poly aluminum chloride and a high molecular weight retention agent are added.
  • Patent GB 2 015 614 describes processes for manufacturing paper and cardboard in which a basic aluminum polychlorosulfate is added to the suspension before the sheet is formed. But either we do not stick, or we use rosin, and we know that rosin must be used in an acid medium, see KIRK OTHMER already cited, page 810.
  • the suspension containing the cellulose fibers can be raw or bleached pulp, or a mixture of raw pulp and bleached pulp, or a pulp already containing additives.
  • the mineral filler can be any one or more products, preferably chosen from clay, calcium carbonate, silica, hydrated alumina, talc, titanium dioxide, etc.
  • These products are introduced in finely divided form or in the form of a paste or solution in the suspension. It is preferred to use calcium carbonate.
  • the amount of carbonate can be any, and often is at most 40 parts per 100 parts of cellulose fibers, and preferably between 10 and 25. This quantity does not take not taking into account the charges contained in the recycled paper at the start of production in the suspension.
  • any bonding agent can be used, an agent which is used in a neutral environment is preferred.
  • the sizing agent may be a mixture of one or more products chosen from dimeric ketene alkyls and their derivatives, fluorinated phosphates, anhydrides of fatty chain carboxylic acids, certain polyurethanes, styrene maleic anhydride copolymers.
  • dimeric ketene alkyls and carboxylic acid anhydrides are preferred.
  • the quantity to be used depends on the desired properties of the paper.
  • the amount is less than 10 parts per 100 parts of cellulose fibers, and preferably between 0.1 and 2 parts.
  • Cationic starch is a mixture of one or more products marketed under the generic name of cationic starch. These products are for example those described in KIRK OTHMER, 3rd edition, Vol. 21 page 503. The quantity is advantageously less than 5 parts per 100 parts of cellulose fibers and preferably less than 2.
  • the quantity of polychloride of aluminum to be used expressed in Al2O3 is advantageously less than 0.5 parts per 100 parts of cellulose fibers and preferably between 0.05 and 0.2 parts.
  • the products a to d are added separately or as a mixture, or partially mixed and in any order. However, it is preferable to add poly aluminum chloride after the others. It is also preferred that the poly aluminum chloride be added as close as possible to the headbox. Cationic starch and polychloride of aluminum are not qualified as retentive systems; as we have indicated above all the products added to the suspension before the formation of the paper sheet act together.
  • the present invention consists in adding the products a to d in the suspension and the Applicant has found that the joint use of these products has numerous advantages. The present invention is particularly useful for the manufacture of paper bonded in a neutral medium. The process of the present invention makes it possible to load the paper with products sensitive to acids such as calcium carbonate.
  • Another advantage of the invention is good retention of the charges and consequently a large reduction in the suspended matter in the waters obtained during the formation of the sheet.
  • Another advantage of the invention is greater productivity of the paper machine and better internal cohesion. All these advantages will appear in the examples.
  • products a to d can be added in addition to one or more products chosen from polyacrylamides, poly (ethyleneimines), carboxymethylcellulose, urea-formaldehyde resins, melamine-formaldehyde resins, aminopolyamide-epichlorohydrin resins, polyamide-epichlorohydrin resins.
  • these products are used in addition to the cationic starch and in the same quantities.
  • the internal cohesion measured by the so-called "pendulum” device, is 87.
  • the pendulum device used is the INTERNAL BOND IMPACT TESTER MODEL B supplied by GCA / PRECISION SCIENTIFIC, 3737 W. Cortland street, CHICAGO, USA.
  • the pH of the suspension during the formation of the sheet is 7.4.
  • the suspended solids (MES) in the clarified return waters are 170 mg / l.
  • Example 2 The procedure is as in Example 1, but instead of poly (ethyleneimine), an aluminum polychloride of formula (II) is added in an amount of 0.1 part (expressed as Al2O3) per 100 parts of cellulose fibers.
  • an aluminum polychloride of formula (II) is added in an amount of 0.1 part (expressed as Al2O3) per 100 parts of cellulose fibers.
  • a production speed of 221 m / min is then obtained, a charge retention of 86%, a total retention of 95.5%.
  • the internal cohesion becomes 110, the SS in the clarified return waters 100 mg / l and the pH in the headbox 7.3.
  • polychloride of aluminum keeps the medium in the pH zone compatible with the use of calcium carbonate. It provides a total retention gain of 3.5 points and charge retention of 9 points. The machine speed could be increased by 7%. The content of suspended matter in canvas water has decreased significantly. There is a gain in internal cohesion.

Landscapes

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication du papier caractérisé en ce qu'on ajoute à la suspension contenant les fibres de cellulose avant la formation de la feuille : du carbonate de calcium, un agent de collage tel qu'un alkyl cétène dimère ou un anhydride d'acide carboxylique, de l'amidon cationique et un polychlorosulfate basique d'aluminium.

Description

  • La présente invention concerne un perfectionnement aux procédés de fabrication du papier.
  • La pâte à papier brute constituée essentiellement de fibres de cellulose est mise sous forme d'une suspension aqueuse diluée qui est amenée dans la caisse de tête de la machine à papier d'où elle est distribuée sur une toile filtrante sur laquelle se forme la feuille de papier. Cette feuille est ensuite essorée puis séchée. Les qualités et les propriétés du papier obtenues sont déterminées notamment par les conditions de marche de la machine à papier, la pâte brute, les diffé­rents additifs qu'on ajoute dans la suspension avant la formation de la feuille et aussi les produits qu'on couche sur la feuille de papier après la toile filtrante.
  • La présente invention concerne plus spécialement les produits qu'on ajoute avant la formation de la feuille. C'est ainsi qu'on ajoute des charges minérales telles que du carbonate de calcium, du dioxyde de titane,... Ces charges rendent la feuille de papier opaque ce qui facilite l'écriture et l'impression. On ajoute aussi un agent de collage pour rendre la feuille résistante aux liquides c'est-à-dire que la feuille de papier collée peut être utilisée pour l'écriture et l'impression. Il faut aussi ajouter un système retenteur qui précipite l'agent de collage sur les fibres de cellulose et qui permet aussi la rétention des charges minérales dans la feuille de papier.
  • Le système retenteur est souvent un mélange de plusieurs produits. On ajoute aussi des produits pour améliorer les qualités mécaniques du papier, des colorants etc...
  • Tous ces produits qu'on ajoute n'ont pas une action bien détermi­née sur une seule caractéristique du papier mais agissent plus ou moins conjointement et sur plusieurs paramètres. Quand on utilise des charges sensibles aux acides, par exemple du carbonate de calcium, il est important que l'agent de collage et le système rétenteur ne conduisent pas à une suspension aqueuse acide qui provoque une décomposition du carbonate et des mousses.
  • Souvent on couche sur la feuille de papier des produits et notam­ment du carbonate de calcium. Une partie du papier couché peut aussi être recyclé en tête de la fabrication, avant la formation de la feuille ce qui amène du carbonate dans la suspension avant la machine à papier même si on a mis d'autres charges que du carbonate dans la suspension. C'est pourquoi on préfère utiliser des agents de collage et des systèmes retenteurs qui ne conduisent pas à une suspension acide, c'est ce qu'on appelle le collage en milieu neutre.
  • L'article "papermaking additives", pages 803 à 825, volume 16 de la 3ème édition du KIRK OTHMER de John Wiley 1981, décrit en pages 811-812 des agents de collage de la famille des alkyls cétènes dimères utilisables en milieu neutre, mais ne précise pas le système rétenteur.
  • La demande de brevet sous priorité japonaise 85 JP 031519 du 21 Février 1985 parle d'un collage en milieu neutre. La charge est du carbonate de calcium, on ajoute du polychlorure d'aluminium et un agent de rétention à haut poids moléculaire.
  • Le brevet GB 2 015 614 décrit des procédés de fabrication de papier et de carton dans lesquels on ajoute, dans la suspension avant la formation de la feuille, un polychlorosulfate basique d'aluminium. Mais soit on ne colle pas, soit on utilise de la collophane, et on sait que la collophane doit être utilisée en milieu acide, voir KIRK OTHMER déjà cité, page 810.
  • On a maintenant trouvé un perfectionnement aux procédés de fabri­cation du papier caractérisé en ce qu'on ajoute à la suspension conte­nant les fibres de cellulose, avant la formation de la feuille :
    • a) une charge minérale,
    • b) un agent de collage,
    • c) de l'amidon cationique,
    • d) du polychlorure d'aluminium.
  • La suspension contenant les fibres de cellulose peut être de la pâte brute ou blanchie, ou un mélange de pâte brute et de pâte blan­chie, ou une pâte contenant déjà des additifs.
  • La charge minérale peut être un ou plusieurs produits quelconques, de préférence choisis parmi l'argile, le carbonate de calcium, la silice, l'alumine hydratée, le talc, le dioxyde de titane, etc...
  • Ces produits sont introduits sous forme finement divisée ou sous forme de pâte ou solution dans la suspension. On préfère utiliser le carbonate de calcium. La quantité de carbonate peut être quelconque, et souvent est au plus de 40 parties pour 100 parties de fibres de cellu­lose, et de préférence comprise entre 10 et 25. Cette quantité ne tient pas compte des charges contenues dans le papier recyclé en tête de la fabrication dans la suspension.
  • Bien qu'on puisse utiliser tout agent de collage, on préfère un agent qui s'utilise en milieu neutre.
  • Avantageusement, l'agent de collage peut être un mélange d'un ou plusieurs produits choisis parmi les alkyls cétènes dimères et leurs dérivés, les phosphates fluorés, les anhydrides d'acides carboxyliques à chaîne grasse, certains polyuréthanes, des copolymères styrène anhydride maléïque.
  • On préfère utiliser les alkyls cétènes dimères et les anhydrides d'acides carboxyliques. La quantité à utiliser est fonction des pro­priétés recherchées du papier. Avantageusement, la quantité est infé­rieure à 10 parties pour 100 parties de fibres de cellulose, et de préférence comprise entre 0,1 et 2 parties.
  • L'amidon cationique est un mélange d'un ou plusieurs produits commercialisés sous le nom générique d'amidon cationique. Ces produits sont par exemple ceux décrits dans KIRK OTHMER, 3ème édition, Vol. 21 page 503. La quantité est avantageusement inférieure à 5 parties pour 100 parties de fibres de cellulose et de préférence inférieure à 2.
  • Le polychlorure d'aluminium désigne les produits qu'on appelle habituellement "polychlorure d'aluminium", "polychlorure basique d'aluminium", "polychlorosulfate basique d'aluminium", et de préférence un ou plusieurs des produits suivants :
    • 1/ le sel de formule :
            Aln(OH)mCl3n-m      (I)
      dans laquelle n est quelconque, 3n-m est positif, m et n étant des nombres entiers positifs ; ledit sel pouvant contenir en outre un anion polyvalent Y choisi parmi les anions des acides sulfuriques, phosphorique, polyphosphorique, silicique, chromique, carboxylique, et sulfoniques, le rapport molaire Y A1
      Figure imgb0001
       étant de préférence compris entre 0,015 et 0,4.
    • 2/ le sel de formule :
            Aln(OH)mCl3n-m-2k(SO₄)k      (II)
      dans laquelle k, m et n sont des entiers positifs, 3n > m + 2k, la basicité m/3n est comprise entre 0,3 et 0,7 et k/n = 0,01 à 0,3. Ce produit peut être préparé selon le procédé décrit dans le brevet US 3 929 666 ;
    • 3/ le sel de formule :
            [ Aln(OH)3n-m-2pClm(SO₄)p] z      (III)
      dans laquelle (3n-m-2p)/3n = 0,4 à 0,7 ; p = 0,04 à 0,25n ; m/p = 8 à 35 ; k, m, n et p sont des nombres entiers et z est au moins 1. Ce produit est décrit dans le brevet GB 2 128 977 ;
    • 4/ le chlorosulfate d'aluminium basique de formule :
            AlnOHm(SO₄)kCl3n-m-2k      (IV)
      dans laquelle la basicité ou le rapport molaire m 3n
      Figure imgb0002
       x 100 est compris entre 40 % environ et 65 % environ et en ce qu'il présente un rapport équivalent Al/équivalent Cl compris entre 2,8 et 5, une masse molécu­laire apparente MA mesurée par diffusion de lumière classique et des diamètres hydrodynamiques apparents ⌀Z et ⌀W mesurés par diffusion quasi-élastique de la lumière de valeurs suivantes :
            MA = 7000 - 35000
            ⌀Z (Å) = 350 - 2500
            ⌀W (Å) = 200 - 1200
      Ce produit est décrit dans le brevet français FR 2 584 699.
  • La quantité de polychlorure d'aluminium à utiliser exprimée en Al₂O₃ est avantageusement inférieure à 0,5 parties pour 100 parties de fibres de cellulose et de préférence comprise entre 0,05 et 0,2 parties.
  • Les produits a à d sont ajoutés séparément ou en mélange, ou partiellement mélangés et dans un ordre quelconque. Cependant on préfère ajouter le polychlorure d'aluminium après les autres. On préfère aussi que le polychlorure d'aluminium soit ajouté le plus près possible de la caisse de tête. On ne qualifie pas l'amidon cationique et le polychlorure d'aluminium de système rétenteur ; comme on l'a indiqué plus haut tous les produits ajoutés dans la suspension avant la formation de la feuille de papier agissent ensemble. La présente invention consiste à ajouter les produits a à d dans la suspension et la demanderesse à trouvé que l'utilisation conjointe de ces produits avait de nombreux avantages. La présente invention est particulièrement utile pour la fabrication du papier collé en milieu neutre. Le procédé de la présente invention permet de charger le papier en produits sensibles aux acides tels que le carbonate de calcium.
  • Un autre avantage de l'invention est une bonne retention des charges et par conséquent une forte diminution des matières en suspen­sion dans les eaux obtenues lors de la formation de la feuille.
  • Un autre avantage de l'invention est une plus grande productivité de la machine à papier et une meilleure cohésion interne. Tous ces avantages apparaîtront dans les exemples.
  • On peut aussi ajouter dans la suspension de fibres de cellulose, avant la formation de la feuille et en plus des produits a à d, d'au­tres produits tels que des colorants, des agents de renforcement mécanique de la feuille.
  • Selon un autre mode de réalisation de l'invention on peut ajouter en plus des produits a à d un ou plusieurs produits choisis parmi les polyacrylamides, les poly(éthyleneimines), la carboxyméthylcellulose, les résines urée-formol, les résines mélamine-formol, les résines aminopolyamide-épichlorhydrine, les résines polyamide-épichlorhydrine. Avantageusement on utilise ces produits en plus de l'amidon cationique et dans les mêmes quantités.
  • Les exemples suivants illustrent l'invention :
    • EXEMPLE 1 (non conforme à l'invention)
  • Fabrication d'un papier pour impression et écriture destiné à être couché.
    - Composition de la suspension aqueuse, avant la formation de la feuille, dite "composition en caisse de tête" :
    Figure imgb0003
     - Caractéristiques de fonctionnement de la machine :
        Table plate, laize utile 3,5 m
        Grammage du papier : 180 g/m²
        Nature du papier : support de couche, puis enduction à la presse d'amidon dextrinifié ou enzymé ou oxydé.
    - On ajoute de l'amidon cationique (0,3 partie pour 100 parties de fibres) et 420 g/tonne de fibres de poly(éthylèneimine).
    - On obtient une vitesse de production de 207 m/mn, une rétention des charges de 77 %, une rétention totale de 92 %.
  • La cohésion interne, mesurée par l'appareil dit "à pendule" est de 87. L'appareil à pendule utilisé est le INTERNAL BOND IMPACT TESTER MODEL B fourni par GCA/PRECISION SCIENTIFIC, 3737 W. Cortland street, CHICAGO, USA.
  • Le pH de la suspension lors de la formation de la feuille est 7,4.
  • Les matières en suspension (MES) dans les eaux de retour clari­fiées sont 170 mg/l.
    • EXEMPLE 2 (conforme à l'invention)
  • On opère comme dans l'exemple 1 mais au lieu du poly(éthylènei­mine) on ajoute un polychlorure d'aluminium de formule (II) à raison de 0,1 partie (exprimée en Al₂O₃) pour 100 parties de fibres de cellulose.
  • On obtient alors une vitesse de production de 221 m/mn, une rétention des charges de 86 %, une rétention totale de 95,5 %.
  • La cohésion interne devient 110, les MES dans les eaux de retour clarifiées 100 mg/l et le pH dans la caisse de tête 7,3.
  • Malgré sa nature acide, le polychlorure d'aluminium conserve le milieu dans la zone de pH compatible avec l'emploi de carbonate de calcium. Il apporte un gain de rétention totale de 3,5 points et de rétention des charges de 9 points. La vitesse de la machine a pu être augmentée de 7 %. La teneur en matières en suspension des eaux sous toile a nettement diminué. On note un gain de cohésion interne.
    • EXEMPLE 3 (non conforme à l'invention)
  • - Composition en caisse de tête :
    Figure imgb0004
     - Caractéristiques de fonctionnement de la machine :
        Double toile laize utile 2, 7 m
        Grammage : 60 g/m²
        Nature du papier : impression Offset puis enduction d'amidon à la presse.
  • On ajoute de l'amidon cationique 0,4 partie pour 100 parties de fibres et 400 g/tonne de fibres de polyacrylamide de poids moléculaire supérieur à 10⁷.
    On obtient :
        Une vitesse de machine : 502 m/mn
        Rétention totale : 55,1 %
        Rétention des charges : 36,4 %
        pH (dans la caisse de tête) : 7,6
    • EXEMPLE 4 (conforme à l'invention)
  • On opère comme dans l'exemple 3, mais au lieu de polyacrylamide on utilise du polychlorure d'aluminium de formule (II) en proportion de 0,1 partie exprimée en Al₂O₃ pour 100 parties de fibres.
  • On obtient :
        Vitesse machine : 528 m/mn
        Rétention totale : 57 %
        Rétention des charges : 40 %
        pH (dans la caisse de tête) : 7,6
    • EXEMPLE 6 (non conforme à l'invention)
  • - Composition en caisse de tête :
        Fibres : pâte chimique blanchie : 85 parties
        Charges : CaCO₃ : 15 parties
        Collage : Anhydride d'acide carboxylique à chaîne grasse 0,2 parties
    - Caractéristiques de fonctionnement de la machine :
        Table plate laize utile : 2,6 m
        Gammage : 80 g/m²
        Nature du papier : Reprographie
    Couchage par enduction d'amidon à la presse.
  • On ajoute de l'amidon cationique 0,3 partie pour 100 parties de fibres et du polyacrylamide 300 g/T de fibres. On obtient :
        Vitesse machine : 495 m/mn
        Rétention totale : 73,5 %
        Rétention des charges : 42,5 %
        pH (en caisse de tête): 7,8
    • EXEMPLE 6 (conforme à l'invention)
  • On opère comme dans l'exemple 5 mais on introduit moins de polya­crylamide, 100 g/T au lieu de 300 g/T, et on ajoute un polychlorure d'aluminium de formule (II) en proportion de 0,1 partie exprimée en Al₂O₃ pour 100 parties de fibres.
    On obtient les résultats suivants :
        Vitesse machine : 501 m/mn
        Rétention totale : 81 %
        Rétention des charges : 48 %
        pH (en caisse de tête): 7,8

Claims (9)

1. Perfectionnement aux procédés de fabrication du papier caracté­risé en ce qu'on ajoute à la suspension contenant les fibres de cellu­lose, avant la formation de la feuille :
a) une charge minérale,
b) un agent de collage,
c) de l'amidon cationique,
d) du polychlorure d'aluminium
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que d est un polychlorosulfate basique d'aluminium.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que a est du carbonate de calcium.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la quantité de a est inférieure à 40 parties pour 100 parties de fibres de cellulose et de préférence comprise entre 10 et 25.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que b est choisi de préférence parmi les alkyls cétènes dimères et les anhydrides d'acides carboxyliques.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la quantité de b est inférieure à 10 parties pour 100 parties de fibres de cellulose et de préférence comprise entre 0,1 et 2.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que la quantité de c est inférieure à 5 parties pour 100 parties de fibres de cellulose et de préférence inférieure à 2.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que la quantité de d exprimée en Al₂O₃ est inférieure à 0,5 parties pour 100 parties de fibres de cellulose et de préférence comprise entre 0,05 et 0,2.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que les produits a à d sont complétés par au moins un produit choisi parmi les polyacrylamides, les poly(éthylèneimine), la carboxyméthyl­cellulose, les résines urée-formol, les résines mélamine-formol, les résines aminopolyamide-épichlorhydrine, les résines polyamide-épichlo­rhydrine.
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