EP0398825B1 - Procédé de fabrication d'un substrat plan, souple, difficilement déchirable et substrat obtenu - Google Patents

Procédé de fabrication d'un substrat plan, souple, difficilement déchirable et substrat obtenu Download PDF

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EP0398825B1
EP0398825B1 EP90420230A EP90420230A EP0398825B1 EP 0398825 B1 EP0398825 B1 EP 0398825B1 EP 90420230 A EP90420230 A EP 90420230A EP 90420230 A EP90420230 A EP 90420230A EP 0398825 B1 EP0398825 B1 EP 0398825B1
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EP
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fibers
artificial
natural
cellulosic
substrate
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Fernand Mora
Claude Raymond Riou
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International Paper SA
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Aussedat Rey SA
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    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H11/00—Pulp or paper, comprising cellulose or lignocellulose fibres of natural origin only
    • D21H11/16—Pulp or paper, comprising cellulose or lignocellulose fibres of natural origin only modified by a particular after-treatment
    • D21H11/18—Highly hydrated, swollen or fibrillatable fibres
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H13/00—Pulp or paper, comprising synthetic cellulose or non-cellulose fibres or web-forming material
    • D21H13/02—Synthetic cellulose fibres
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • D—TEXTILES; PAPER
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    • D21H13/00—Pulp or paper, comprising synthetic cellulose or non-cellulose fibres or web-forming material
    • D21H13/02—Synthetic cellulose fibres
    • D21H13/08—Synthetic cellulose fibres from regenerated cellulose

Definitions

  • the present invention relates to the manufacture of a planar, fibrous, flexible substrate, of the sheet, sheet or film type and it relates, more particularly, to such flexible substrates having good tear resistance as well as good ability to l 'printability.
  • the invention relates, more specifically, to such substrates used as paper supports for printing, writing, or even packaging of various products and articles.
  • the invention is directed to planar, fibrous, flexible, hardly tearable substrates, intended for the manufacture of packaging envelopes, sachets, bags or pouches, maps, printed matter. .
  • Such articles have always been made from sheets of paper, of the conventional or particular type when it is desired to reinforce their resistance by their intrinsic quality or by the provision of reinforcements.
  • Papers have always been made from cellulosic fibers which are more or less refined in order to increase the specific surface and improve the potential to create interfiber bonds.
  • Papers are reputed to have certain positive characteristics such as printability and also negative characteristics such as low tear strength and hygroscopic sensitivity.
  • the prior art has also proposed a solution consisting in producing a paper having better tear resistance by incorporating into conventional cellulosic fibers synthetic fibers chosen from polyolefins, polyamides, polyesters, etc.
  • synthetic fibers chosen from polyolefins, polyamides, polyesters, etc.
  • the objective sought was to try to improve the physical characteristics of ordinary papers by the addition of synthetic fibers.
  • patent BE-A-670,968 which consists, in order to improve the overall resistance of absorbent cleaning papers in wet conditions, of mixing long artificial non-fibrillatable fibers with short fibrillated fibers and adding one binder per point ensuring most of the improvement in strength.
  • This prior art does not relate to a paper that is difficult to tear, having, moreover, an aptitude for printing-writing.
  • the degree of refining of the cellulosic fibers is extremely low, of the order of 16 ° SR, which practically corresponds to a dispersed raw pulp. No lesson useful in obtaining better tear resistance can therefore be retained.
  • the object of the invention is to remedy the drawbacks of the above techniques by proposing a new method for manufacturing a planar, fibrous, flexible, hardly tearable substrate, more particularly but not exclusively, intended for the production of envelopes. , pouches, sachets or bags.
  • the object of the invention is to produce, at an attractive cost price, a flat, fibrous, flexible, hardly tearable substrate, having, moreover, a good aptitude for printing-writing, as well as a resistance notably increased with variations in ambient humidity.
  • Another object of the invention is to provide a new substrate having good folding ability to facilitate the making of envelopes, pouches, sachets or bags.
  • the subject of the invention is also, as a new industrial product, a planar, fibrous, flexible substrate, of the type based on cellulosic fibers, characterized in that it comprises natural cellulosic fibers originating from an ordinary and refined pulp. by fibrillation until reaching a drainability greater than or equal to 60 ° Schopper-Riegler and artificial fibers mixed at a rate of 30 to 70% by dry weight of the total load of cellulosic and artificial fibers.
  • the method according to the invention firstly consists in preparing cellulosic fibers preferably of the same species or plant varieties. Cellulose fibers from hardwoods or woody grasses are preferred, although good results can also be obtained with fibers from conifers.
  • the objective is to microfibrillate the cellulose fibers so as to increase the specific surface for improve the ability to create hydrogen bonds.
  • a mixture is then prepared by incorporating into the paper pulp, super-refined compared to the ordinary treatment of conventional paper pulp, a load of artificial fibers of 30 to 70% by dry weight relative to the total load of cellulosic fibers and artificial.
  • a load of artificial fibers of 30 to 70% by dry weight relative to the total load of cellulosic fibers and artificial.
  • the mixing is carried out in an aqueous medium according to the usual conditions of the papermaking technique, for example at a rate of 2 to 4% by weight of cellulosic and artificial fibers.
  • the artificial fibers used may belong to one or more families and, preferably, to that of polyolefins, polyamides and polyesters for plastic fibers, and viscose or cellulose acetate for regenerated ones.
  • Polyethylene terephthalate fibers are particularly suitable for the plastic family.
  • the incorporated artificial fibers are in the form of segments of determined length greater than 3 mm and preferably between 4 and 12.
  • the fibers chosen are at most equal to 10 decitex and, preferably, between 1.1 and 2 decitex.
  • the load of artificial fibers is preferably equal to 50% by dry weight relative to the total load of cellulosic and artificial fibers.
  • the mixing between the cellulosic fibers and the artificial fibers in an aqueous medium is carried out with optionally the addition of adjuvants making it possible to subsequently improve the opacity, the hydrophobicity or even the insensitivity to water or humidity.
  • adjuvants used for this purpose can be considered as products known for these functions in the field of paper pulp and do not, strictly speaking, fall within the object of the invention, since their incorporation into the mixture, despite the presence artificial fibers, comes directly from the knowledge of those skilled in the art.
  • the mixture obtained after homogenization under usual conditions, is diluted in water between 0.2 and 0.4% then is poured into the headbox of a paper-making machine, so as to be delivered from usual way on the drip cloth from which a sheet can be produced under traditional conditions.
  • composition is certainly given below making it possible to compare the improvements in performance of the substrate in accordance with the invention compared with an ordinary paper and a substrate of the Tyvek® type.
  • the substrate according to the invention is, for example, produced from a mixture of paper pulp from a plant variety Eucalyptus sp and obtained by chemical means. Such a paste is superfine by fibrillation until it has a drainability equal to 95 ° SR.
  • a mixture is carried out, in an aqueous medium, by incorporating fibers at a concentration of 3% by weight, these fibers including 50% of cellulose fibers and 50% of artificial fibers of the polyester family of 6 mm in length and 1, 7 decitex. This mixture is then diluted to 0.45% in the headbox to produce a weight substrate 90 g / m2.
  • the substrate according to the invention is the same as in the previous example, except that the artificial fibers consist entirely of viscose.
  • the substrate according to Example 2 also has the advantage of being completely biodegradable.

Description

  • La présente invention concerne la fabrication d'un substrat plan, fibreux, souple, du type en nappe, feuille ou film et elle vise, plus particulièrement, de tels substrats souples présentant une bonne résistance à la déchirure ainsi qu'une bonne aptitude à l'imprimabilité.
  • L'invention vise, plus spécifiquement, de tels substrats utilisés en tant que supports papetiers pour l'impression, l'écriture, voire l'emballage de produits et articles divers.
  • A titre d'application particulière, l'invention est dirigée vers des substrats plans, fibreux, souples, difficilement déchirables, destinés à la fabrication d'enveloppes de conditionnement, de sachets, de sacs ou de pochettes, de cartes géographiques, d'imprimés.
  • De tels articles ont été fabriqués depuis toujours à partir de feuilles de papier, de type classique ou particulier lorsqu'il est souhaité renforcer leur résistance par leur qualité intrinsèque ou par apport d'armatures.
  • Les papiers sont, depuis toujours, fabriqués à partir de fibres cellulosiques qui sont peu ou prou raffinées afin d'accroître la surface spécifique et améliorer la potentialité à créer des liaisons interfibres.
  • Les papiers sont réputés pour posséder certaines caractéristiques positives comme l'aptitude à l'imprimabilité et aussi négatives comme la faible résistance au déchirement et la sensibilité hygroscopique.
  • S'il est possible d'améliorer la résistance à l'humidité par ajout d'additifs spécifiques lors de la fabrication des papiers, il s'avère que les moyens de fabrication classiques ne permettent pas d'envisager un accroissement de la résistance à la déchirure.
  • Cette caractéristique négative pose de réels problèmes dans de nombreuses applications, notamment celle de la fabrication d'enveloppes, sachets et sacs.
  • Pour résoudre ce problème, la technique antérieure a vu naître un produit difficilement déchirable sinon indéchirable, commercialisé sous la marque déposée Tyvek®. Ce produit se présente sous la forme d'une feuille formée à partir de fibres de matière plastique déposées sur un plan et calandrées à chaud. La feuille présente un caractère souple, effectivement difficilement déchirable, mais possède un certain nombre d'inconvénients en plus de son prix de revient élevé.
  • Parmi ces inconvénients, il faut citer un aspect plastique peu esthétique, une grande difficulté d'impression-écriture en raison de la matière première utilisée et une réaction élastique posant de réels problèmes, par exemple, au façonneur chargé d'exécuter sur les feuilles des prépliages pour la confection d'enveloppes, sachets ou sacs.
  • Ces trois inconvénients et le coût élevé de production limitent considérablement le developpement commercial d'un tel produit en particulier dans l'application à la production d'enveloppes, sachets ou sacs.
  • La technique antérieure a aussi proposé une solution consistant à réaliser un papier présentant une meilleure résistance à la déchirure en incorporant aux fibres cellulosiques classiques des fibres synthétiques choisies parmi les polyoléfines, les polyamides, les polyesters, etc. L'objectif recherché était de tenter d'améliorer les caractéristiques physiques des papiers ordinaires par l'addition des fibres synthétiques.
  • En réalité, cette technique ne semble pas avoir connu un réel développement industriel et commercial. Cette absence de développement est, vraisemblablement, à mettre au compte de l'incorporation des fibres synthétiques qui constituent des fibres non liantes par rapport aux fibres cellulosiques utilisées ordinairement dans l'industrie papetière. La présence de ces fibres synthétiques parmi les fibres cellulosiques se traduit par un relâchement des liaisons interfibres cellulosiques entraînant un abaissement des caractéristiques physiques habituelles telles que la longueur de rupture selon la norme (I) Afnor NF Q 03-004 ou ISO 1924/1 - 1983, les cohésions internes selon la norme (II) Afnor NF Q 03-045, l'éclatement selon la norme (III) Afnor NF Q 03-053 ou ISO 2758 - 1983. Seule la résistance à la déchirure amorcée selon la norme (IV) Afnor NF Q 03-011 ou ISO 1974-1974 et à la déchirure non amorcée selon la norme (V) TAPPI T 470 os - 78 semble avoir été améliorée dans certains cas jusqu'à 25 % environ.
  • Les essais qui ont été menés sur la base d'une telle technique ont permis de constater un seuil d'addition voisin de 20 % pour les fibres synthétiques et l'obligation de recourir à l'incorporation dans le mélange de différents produits adjuvants en vue de tenter de relever les différentes caractéristiques physiques abaissées par la présence des fibres synthétiques. A cette fin, il est habituel d'incorporer du latex pour améliorer la cohésion interface entre les fibres naturelles et synthétiques. Une telle incorporation accroît notablement le coût de production et ne donne pas satisfaction sur le relèvement positif des caractéristiques physiques abaissées.
  • On connaît, par ailleurs, l'enseignement du brevet BE-A-670 968 qui consiste, pour améliorer la résistance globale des papiers absorbants de nettoyage en conditions humides, à mélanger des fibres longues artificielles non fibrillables avec des fibres courtes fibrillées et à ajouter un liant par point assurant l'essentiel de l'amélioration de la résistance. Cet art antérieur ne concerne pas un papier difficilement déchirable possédant, de surcroît, une aptitude à l'impression-écriture. Par ailleurs, le degré de raffinage des fibres cellulosiques est extrêmement faible, de l'ordre de 16° SR, ce qui correspond pratiquement à une pâte brute dispersée. Aucun enseignement utile à l'obtention d'une meilleure résistance au déchirement ne peut donc être retenu.
  • On aurait pu penser qu'il suffisait d'augmenter le raffinage de la pâte pour obtenir un papier difficilement déchirable. Il est, au contraire, bien connu en papeterie et, notamment, d'après PULP and PAPER, Chemistry and Chemical Technology, vol. II, 1960, Paper making, page 595-596, qu'au contraire la résistance à la déchirure décroît avec le suraffinage de la pâte. Il en est de même de la publication FUNDAMENTALS OF PAPER MAKING FIBERS, Septembre 1957, page 387, dans laquelle il est également noté que l'augmentation du raffinage entraîne, du moins à partir d'une certaine limite, une diminution de la résistance au déchirement.
  • L'objet de l'invention est de remédier aux inconvénients des techniques ci-dessus en proposant un nouveau procédé de fabrication d'un substrat plan, fibreux, souple, difficilement déchirable, plus particulièrement mais non exclusivement, destiné à la production d'enveloppes, pochettes, sachets ou sacs.
  • L'objet de l'invention est de produire, à un prix de revient intéressant, un substrat plan, fibreux, souple, difficilement déchirable, présentant, de surcroît, une bonne aptitude à l'impression-écriture, ainsi qu'une résistance notablement accrue aux variations d'hygrométrie ambiante.
  • Un autre objet de l'invention est de proposer un nouveau substrat présentant une bonne aptitude au pliage pour faciliter la confection d'enveloppes, pochettes, sachets ou sacs.
  • Pour atteindre les objectifs ci-dessus, le procédé de fabrication selon l'invention consiste à :
    mélanger les fibres dans de l'eau, diluer le mélange obtenu, le verser dans une caisse de tête d'une machine de fabrication de papier et produire une feuille de substrat à partir de ladite machine alimentée avec le mélange et fonctionnant avec respect des paramètres de conduite traditionnels,
       caractérisé en ce que :
    • préalablement au mélange des fibres avec l'eau, on prépare, par fibrillation, des fibres naturelles cellulosiques provenant d'une pâte ordinaire, jusqu'à leur conférer une égouttabilité supérieure ou égale à 60° Schopper-Riegler,
    • et on mélange ensuite dans de l'eau une charge de fibres cellulosiques ainsi raffinées et de 30 à 70 % en poids sur sec de fibres artificielles, par rapport à la charge totale de fibres cellulosiques et artificielles.
  • L'invention a également pour objet, à titre de produit industriel nouveau, un substrat plan, fibreux, souple, du type à base de fibres cellulosiques, caractérisé en ce qu'il comprend des fibres naturelles cellulosiques provenant d'une pâte ordinaire et raffinées par fibrillation jusqu'à atteindre une égouttabilité supérieure ou égale à 60° Schopper-Riegler et des fibres artificielles mélangées à raison de 30 à 70 % en poids sur sec de la charge totale de fibres cellulosiques et artificielles.
  • Le procédé selon l'invention consiste tout d'abord à préparer des fibres cellulosiques de préférence de même espèces ou variétés végétales. Les fibres cellulosiques issues de feuillus ou de graminées ligneuses sont préférées, bien que de bons résultats puissent également être obtenus avec des fibres issues de résineux.
  • Par fibres cellulosiques, il convient de considérer les pâtes papetières ordinairement produites pour la fabrication de papiers c'est-à-dire obtenues par voie chimique. La préparation d'une telle pâte selon l'invention consiste à raffiner les fibres par fibrillation, de manière à leur conférer une égouttabilité supérieure ou égale à 80° Schopper-Riegler. L'appréciation d'une telle égouttabilité peut être effectuée en s'appuyant sur l'application des conditions de la norme Afnor NF Q 50-003 ou ISO 5267/1 - 1979.
  • L'objectif visé est de microfibriller les fibres cellulosiques de manière à en accroître la surface spécifique pour améliorer l'aptitude à la création de liaisons hydrogènes.
  • On prépare, ensuite, un mélange en incorporant à la pâte papetière, suraffinée par rapport au traitement ordinaire de la pâte à papier classique, une charge de fibres artificielles de 30 à 70 % en poids sur sec par rapport à la charge totale de fibres cellulosiques et artificielles. Par fibres artificielles, il convient de considérer toutes les fibres non naturelles, telles que les plastiques, régénérées, etc.
  • Le mélange est effectué en milieu aqueux selon les conditions habituelles de la technique papetière, par exemple à raison de 2 à 4 % en poids de fibres cellulosiques et artificielles.
  • Les fibres artificielles utilisées peuvent appartenir à une ou plusieurs familles et, de préférence, à celle des polyoléfines, des polyamides et des polyesters pour les fibres plastiques, et à la viscose ou acétate de cellulose pour les régénérées. Des fibres de polyéthylène téréphtalate conviennent particulièrement pour la famille plastique.
  • Selon l'invention, les fibres artificielles incorporées se présentent sous la forme de segments de longueur déterminée supérieure égale à 3 mm et, de préférence, comprise entre 4 et 12. Les fibres choisies sont au plus égales à 10 décitex et, de préférence, entre 1,1 et 2 décitex.
  • Selon l'invention, la charge de fibres artificielles est, de préférence, égale à 50 % en poids sur sec par rapport à la charge totale de fibres cellulosiques et artificielles.
  • Le mélange entre les fibres cellulosiques et les fibres artificielles en milieu aqueux est effectué avec éventuellement addition d'adjuvants permettant d'améliorer ultérieurement l'opacité, l'hydrophobie ou encore l'insensibilité à l'eau ou à l'humidité. Les adjuvants utilisés à cette fin peuvent être considérés comme des produits connus pour ces fonctions dans le domaine des pâtes papetières et n'entrent pas, à proprement parler, dans l'objet de l'invention, car leur incorporation au mélange, malgré la présence des fibres artificielles, ressort directement de la connaissance de l'homme de métier.
  • Le mélange obtenu, après homogénéisation dans des conditions habituelles, est dilué dans de l'eau entre 0,2 et 0,4 % puis est versé dans la caisse de tête d'une machine de fabrication de papier, de manière à être délivré de façon habituelle sur la toile d'égouttage à partir de laquelle une feuille peut être produite selon les conditions traditionnelles.
    Parmi ces conditions, il convient de retenir l'égouttage, le séchage, voire l'encollage et le calandrage à la suite duquel le substrat en feuille produit peut être stocké en bobine ou, éventuellement, être prédécoupé en rame ou ramette de format prédéterminé.
  • On donne ci-après certes un exemple de composition permettant de comparer les améliorations de performances du susbstrat conforme à l'invention par rapport à un papier ordinaire et à un substrat du type Tyvek®.
    • EXEMPLE 1 :
  • Le substrat selon l'invention est, par exemple, produit à partir d'un mélange de pâte papetière issue d'une variété végétale Eucalyptus sp et obtenue par voie chimique. Une telle pâte est suraffinée par fibrillation jusqu'à présenter une égouttabilité égale à 95° SR.
  • Un mélange est effectué, en milieu aqueux, en incorporant des fibres à la concentration de 3 % en poids, ces fibres incluant 50 % de fibres cellulosiques et 50 % de fibres artificielles de la famille des polyester de 6 mm de longueur et de 1,7 décitex. Ce mélange est ensuite dilué à 0,45 % en caisse de tête pour produire un substrat de grammage 90 g/m².
  • Le tableau ci-après permet de mettre en évidence les différentes caractéristiques comparables entre un papier 1 de type ordinaire, un susbstrat 2 de type Tyvek®et un substrat 3 selon l'invention.
    Figure imgb0001
  • Les valeurs indiquées sont ramenées à un grammage de 100 g/m².
    • EXEMPLE 2 :
  • Le substrat selon l'invention est le même que dans l'exemple précédent, sauf que les fibres artificielles sont entièrement constituées de viscose.
    Figure imgb0002
  • Les valeurs données sont ramenées à un grammage de 100 g/m².
  • Il convient de noter que le substrat selon l'exemple 2 présente en plus l'avantage d'être totalement biodégradable.
  • L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre.

Claims (10)

  1. Procédé de fabrication d'un substrat plan, fibreux, souple, à base de fibres naturelles et non naturelles et présentant une résistance à la déchirure améliorée consistant à mélanger les fibres dans de l'eau, diluer le mélange obtenu, le verser dans une caisse de tête d'une machine de fabrication de papier et produire une feuille de substrat à partir de ladite machine alimentée avec le mélange et fonctionnant avec respect des paramètres de conduite traditionnels,
       caractérisé en ce que :
    - préalablement au mélange des fibres avec l'eau, on prépare, par fibrillation, des fibres naturelles cellulosiques provenant d'une pâte ordinaire, jusqu'à leur conférer une égouttabilité supérieure ou égale à 60° Schopper-Riegler,
    - et on mélange ensuite dans de l'eau une charge de fibres cellulosiques ainsi raffinées et de 30 à 70 % en poids sur sec de fibres artificielles, par rapport à la charge totale de fibres cellulosiques et artificielles.
  2. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on choisit les fibres artificielles parmi celles de 1 à 10 décitex.
  3. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les fibres artificielles présentent une longueur au moins égale à 3 mm.
  4. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les fibres artificielles présentent une longueur comprise entre 4 et 12 mm.
  5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les fibres artificielles incorporent des fibres plastiques et des fibres régénérées.
  6. Substrat plan, fibreux, souple, à base de fibres naturelles et non naturelles, caractérisé en ce qu'il comprend des fibres naturelles cellulosiques provenant d'une pâte ordinaire et raffinée par fibrillation jusqu'à atteindre une égouttabilité supérieure ou égale à 60° Schopper-Riegler, ainsi que des fibres artificielles mélangées à raison de 30 à 70 % en poids sur sec de la charge totale de fibres cellulosiques et artificielles.
  7. Substrat plan selon la revendication 6, caractérisé en ce que les fibres artificielles sont de 1 à 10 décitex.
  8. Substrat plan selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les fibres artificielles présentent une longueur au moins égale à 3 mm.
  9. Substrat plan selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que les fibres artificielles présentent une longueur comprise entre 4 et 12 mm.
  10. Substrat plan selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que les fibres artificielles sont à base de viscose.
EP90420230A 1989-05-18 1990-05-16 Procédé de fabrication d'un substrat plan, souple, difficilement déchirable et substrat obtenu Expired - Lifetime EP0398825B1 (fr)

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