EP0514608B1 - Procédé de blanchiment au peroxyde d'hydrogène de pâtes à papier à haut rendement - Google Patents

Procédé de blanchiment au peroxyde d'hydrogène de pâtes à papier à haut rendement Download PDF

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EP0514608B1
EP0514608B1 EP91401316A EP91401316A EP0514608B1 EP 0514608 B1 EP0514608 B1 EP 0514608B1 EP 91401316 A EP91401316 A EP 91401316A EP 91401316 A EP91401316 A EP 91401316A EP 0514608 B1 EP0514608 B1 EP 0514608B1
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bleaching
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C9/00—After-treatment of cellulose pulp, e.g. of wood pulp, or cotton linters ; Treatment of dilute or dewatered pulp or process improvement taking place after obtaining the raw cellulosic material and not provided for elsewhere
    • D21C9/10—Bleaching ; Apparatus therefor
    • D21C9/16—Bleaching ; Apparatus therefor with per compounds
    • D21C9/163—Bleaching ; Apparatus therefor with per compounds with peroxides

Definitions

  • the present invention relates to a high-yield pulp bleaching process using hydrogen peroxide in an alkaline medium.
  • high-yield pulp is understood here the pulp obtained with a yield by weight in the dry state relative to the starting lignocellulosic material, such as wood generally in the form of chips, counted in the dry state, which is greater than approximately 85% and often at least 90%.
  • Such pastes are produced by defibering the starting material, wood chips most often, by means of a grinding wheel or a disc shredder, associated or not with a chemical and / or heat treatment.
  • thermomechanics chemothermothermics.
  • the bleaching consists in discoloring by chemical action the chromophoric groups of the constituents of the wood without dissolving these constituents.
  • the chromophoric groups responsible for the brown coloring of the dough are carried mainly by lignin and certain extracts (tannins).
  • hydrogen peroxide is an expensive product whose stability decreases as the pH increases. If it is accepted that the pH zone in which bleaching with hydrogen peroxide is normally carried out ranges from approximately 9 to approximately 11 as the recalls "The bleaching of pulp", TAPPI Press, SlNGH ed., Atlanta USA, 1970, p.227, the improvement in this context of the use of hydrogen peroxide is of permanent interest for the industry.
  • a first phase is proposed in which the alkalinity conditions are abnormally strong with a view to improving the mechanical quality of the fibers and a second phase under alkalinity conditions normal to correct the bleaching defect resulting from the first phase.
  • LACHENAL also describes a two-phase process but in which a quantity of sodium hydroxide much greater than that normally accepted for a first phase is used in the second phase.
  • FR-A-2537177 recommends the maintenance of conditions as uniform as possible throughout the laundering by proceeding in a succession of distinct phases.
  • a phase is distinguished from the following in that the products which have served in the first, in particular hydrogen peroxide and alkaline agents such as sodium hydroxide, are eliminated from the paste, at least for the most part, for example 90%, normally by washing and / or pressing said paste.
  • the energy and investment costs which result from this oppose the advantage of improving the efficiency of use of hydrogen peroxide.
  • the process of the present invention comprises two phases but in no way requires the above intermediate operation.
  • the term “paste” is understood to mean the assembly consisting of lignocellulosic material counted in the dry state and of the liquid present with it.
  • the alkaline agent added to the pulp during bleaching is normally sodium hydroxide in an amount most often between 0.5% and 4%, preferably between 1% and 2%.
  • Another alkaline agent than sodium hydroxide can be added provided that it modifies the alkalinity of the paste expected from the sodium hydroxide which it replaces.
  • the quantity of hydrogen peroxide H2O2 used, added entirely to the pulp at the start of bleaching, can be between 1% and 6%, preferably between 2% and 4%.
  • the total amount of sodium hydroxide used, the sum of the amounts added at the start and during the bleaching process according to the process of the invention, is generally between 1% and 5%.
  • bleaching can take place in the presence of sodium silicate, for example from 2% to 6%, and most often from 3% to 5%.
  • the pH of the pulp during bleaching thus remains between 8.5 and 11.5, that is to say between usual limits.
  • the total duration of the bleaching depends on the choice of the various parameters. It can, for example, be of the order of 4 to 6 hours when, as is the case in the examples presented below, it is ensured that the whiteness of the dough hardly changes over time.
  • the time between the start of bleaching and the time when the additional quantity of alkaline agent is added depends essentially on the quantity of peroxide used and the temperature chosen.
  • the preferred conditions correspond to a value of said duration not exceeding that separating the time at which the alkalinity of the dough is voluntarily modified and the term of bleaching.
  • a paste of fir spruce wheel with a degree of whiteness of 59 ° ISO is bleached with hydrogen peroxide under the following conditions: H2O2: 4%, NaOH: 2.5%, sodium silicate: 3%, DTPA: 0.25%, consistency: 15%, temperature: 60 ° C, until x% of the hydrogen peroxide is consumed, the value of x being different from one example to another, and then 1.5% of sodium hydroxide is added to the dough then the whitening carried out at the end of a total duration equal to 6 hours.
  • This example relates to the same paste as in Examples 1 to 6 and is carried out like Example 1, without adding NaOH during bleaching, but with 4% NaOH instead of 2.5% therefore with an equal amount of NaOH the sum of the quantities of NaOH added to the pulp at the start and during the bleaching in Examples 3 to 6 in accordance with the invention.
  • the dough has a whiteness equal to 80.7 ° ISO, that is to say similar to that achieved in Examples 1 and 2 and therefore still significantly less than that which the invention allows. .
  • the dough is then pressed then brought to a consistency of 15% by adding water and 1.5% NaOH and bleached until a total bleaching time equal to 6 hours using the residual hydrogen peroxide , or 1.4%.
  • the bleached pulp has a whiteness equal to ISO 81 ° which does not constitute any progress in this respect compared to the present invention but a certain economic disadvantage compared to the latter.
  • the paste then has a whiteness equal to 72.2 ° ISO and the "alkaline” browning is observed.
  • a chemicothermomechanical pulp, or CTMP pulp, of spruce fir with a whiteness equal to ISO 61.2 ° is bleached under the following conditions: H2O2: 4%, NaOH: 2.5%, sodium silicate: 3%, DTPA: 0.25%, consistency: 15%, temperature: 60 ° C, until 52.5% of the hydrogen peroxide is consumed.
  • Example 13 there is an "alkaline” browning of the already accentuated dough.

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Description

  • La présente invention concerne un procédé de blanchiment de pâtes à haut rendement à l'aide de peroxyde d'hydrogène en milieu alcalin.
  • Par pâtes à haut rendement on entend ici les pâtes obtenues avec un rendement pondéral à l'état sec par rapport à la matière lignocellulosique de départ, comme le bois généralement sous forme de copeaux, comptée à l'état sec, qui est supérieur à environ 85 % et souvent égal au moins à 90 %.
  • De telles pâtes sont fabriquées par défibrage de la matière de départ, des copeaux de bois le plus souvent, au moyen d'une meule ou d'un défibreur à disques, associé ou non à un traitement chimique et/ou thermique.
  • Elles comprennent celles que l'industrie qualifie de mécaniques. thermomécaniques, chimicothermomécaniques.
  • Leur blanchiment consiste à décolorer par action chimique les groupements chromophores des constituants du bois sans solubiliser ces constituants. Les groupes chromophores responsables de la coloration brune de la pâte sont portés principalement par la lignine et certains extraits (tannins).
  • Deux types de procédés sont aujourd'hui utilisés pour réaliser cette décoloration :
    • le premier consiste à faire agir sur la pâte un agent réducteur, classiquement l'hydrosulfite, dans des conditions douces et en milieu neutre ou légèrement acide. La réduction des groupements chimiques responsables de la coloration provoque un blanchiment partiel qui pour certaines applications est néanmoins suffisant.
    • le deuxième procédé consiste à oxyder les groupements colorés par le peroxyde d'hydrogène en milieu alcalin. Le blanchiment obtenu est plus important que dans le procédé précédent ce qui explique qu'aujourd'hui, pour satisfaire les exigences de qualité des papiers, le procédé au peroxyde soit de plus en plus utilisé.
  • Toutefois, le peroxyde d'hydrogène est un produit cher dont la stabilité décroît à mesure que le pH augmente. S'il est admis que la zone de pH dans laquelle est normalement réalisé le blanchiment par le peroxyde d'hydrogène s'étend d'environ 9 à environ 11 comme le rappelle "The bleaching of pulp", TAPPI Press, SlNGH ed., Atlanta USA, 1970, p.227, l'amélioration dans ce cadre de l'utilisation du peroxyde d'hydrogène est d'intérêt permanent pour l'industrie.
  • Cette amélioration doit par ailleurs aller à l'encontre du brunissement de la pâte que l'on sait résulter de la présence d'un agent alcalin comme l'hydroxyde de sodium NaOH (brunissement "alcalin"), et duquel la pâte une fois blanchie est protégée par acidification comme décrit à la page 229 de l'ouvrage déjà cité.
  • C'est ainsi qu'il a été proposé de faire intervenir le peroxyde d'hydrogène en au moins deux phases distinctes de blanchiment.
  • Par exemple dans la demande de brevet WO-A-84.02.366 il est proposé une première phase dans laquelle les conditions d'alcalinité sont anormalement fortes en vue d'améliorer la qualité mécanique des fibres et une seconde phase dans des conditions d'alcalinité normales pour corriger le défaut de blanchiment résultant de la première phase.
  • Dans TAPPI Journal, Mars 1987, pages 119 et suivantes. D. LACHENAL décrit aussi un procédé en deux phases mais dans lequel une quantité d'hydroxyde de sodium très supérieure à celle normalement admise pour une première phase est mise en oeuvre dans la deuxième phase.
  • Enfin le FR-A-2537177 préconise le maintien de conditions aussi uniformes que possible tout au long du blanchiment en procédant en une succession de phases distinctes.
  • Dans chacun des procédés proposés une phase se distingue de la suivante en ce qu'intermédiairement les produits qui ont servi dans la première, en particulier le peroxyde d'hydrogène et les agents alcalins comme l'hydroxyde de sodium, sont éliminés de la pâte, au moins en majeure partie, par exemple 90 %, normalement par lavage et/ou pressage de ladite pâte. Les coûts d'énergie et d'investissement qui en découlent s'opposent à l'intérêt d'améliorer le rendement d'utilisation du peroxyde d'hydrogène.
  • Le procédé de la présente invention comprend deux phases mais ne nécessite aucunement l'opération intermédiaire ci-dessus.
  • C'est un procédé de blanchiment de pâtes à haut rendement au moyen de peroxyde d'hydrogène en milieu alcalin, caractérisé en ce que la seule intervention faite entre de début et la fin dudit blanchiment est la modification de l'alcalinité de la pâte par addition d'un agent alcalin à un moment où la quantité de peroxyde d'hydrogène consommée est comprise entre 40 % et 75 % de la quantité initiale de peroxyde d'hydrogène.
  • Dans la définition donnée ci-dessus du procédé de l'invention, comme dans tout ce qui suit, on entend par pâte l'ensemble constitué de la matière lignocellulosique comptée à l'état sec et du liquide présent avec elle.
  • Dans tout ce qui suit, sauf précision ou évidence, les quantités de matière sont exprimées en pour cents en poids par rapport au poids de pâte prise à l'état sec.
  • Il a été constaté qu'il est souvent avantageux de procéder à l'apport de la quantité additionnelle d'agent alcalin lorsque environ 50 % à 60 % du peroxyde d'hydrogène initial sont consommés.
  • L'agent alcalin ajouté à la pâte en cours de blanchiment est normalement l'hydroxyde de sodium en quantité le plus souvent comprise entre 0,5 % et 4 %, de préférence entre 1 % et 2 %.
  • Un autre agent alcalin que l'hydroxyde de sodium peut être ajouté pourvu qu'il assure la modification de l'alcalinité de la pâte attendue de l'hydroxyde de sodium qu'il remplace.
  • La quantité de peroxyde d'hydrogène H₂O₂ engagée, ajoutée en totalité à la pâte en début de blanchiment, peut être comprise entre 1 % et 6 %, de préférence entre 2 % et 4 %. La quantité totale d'hydroxyde de sodium mise en oeuvre, cumul des quantités ajoutées en début et dans le cours du blanchiment selon le procédé de l'invention, est généralement comprise entre 1 % et 5 %. Comme dans les procédés connus, le blanchiment peut avoir lieu en présence de silicate de sodium, par exemple de 2 % à 6 %, et le plus souvent de 3 % à 5 %. d'une solution aqueuse de silicate de sodium à 40°Bé soit 1,38 de densité, désignée par silicate de sodium, d'agents complexants comme 0,1 % à 0,5 % d'une solution aqueuse désignée par DTPA et contenant 40 % en poids de sel de sodium de l'acide diéthylènetriaminepentaacétique, et être réalisé à une consistance comprise par exemple entre 5 % et 40 %, le plus souvent entre 10 % et 20 %, à une température comprise entre 40°C et 90°C, souvent entre 50°C et 80°C. Le pH de la pâte au cours du blanchiment reste ainsi compris entre 8,5 et 11,5, c'est-à-dire entre des limites habituelles.
  • La durée totale du blanchiment dépend du choix des divers paramètres. Elle peut être par exemple de l'ordre de 4 à 6 heures lorsque, comme cela est le cas dans les exemples présentés plus loin, on s'assure que la blancheur de la pâte ne varie pratiquement plus avec le temps.
  • La durée entre le début du blanchiment et le moment auquel est ajoutée la quantité additionnelle d'agent alcalin dépend essentiellement de la quantité de peroxyde engagée et de la température choisie. Les conditions préférées correspondent à une valeur de ladite durée n'excédant pas celle séparant le moment auquel l'alcalinité de la pâte est volontairement modifiée et le terme du blanchiment.
  • Les exemples suivants, donnés à titre indicatif mais non limitatif, illustrent l'invention. Certains sont donnés à titre comparatif.
    • Exemples 1 à 6 :
  • Une pâte de meule de sapin épicéa de degré de blancheur 59°ISO est blanchie par le peroxyde d'hydrogène dans les conditions suivantes :
    H₂O₂ : 4 %, NaOH : 2,5 %, silicate de sodium : 3 %, DTPA : 0,25 %, consistance : 15 %, température : 60°C,
    jusqu'à ce que x % du peroxyde d'hydrogène soient consommés, la valeur de x étant différente d'un exemple à l'autre, et qu'alors 1,5 % d'hydroxyde de sodium soit ajouté à la pâte puis le blanchiment mené à son terme au bout d'une durée totale égale à 6 heures.
  • Les résultats sont rassemblés dans le Tableau 1 ci-dessous.
    Figure imgb0001
    • Exemple 7 (comparatif)
  • Cet exemple porte sur la même pâte que dans les exemples 1 à 6 et est réalisé comme l'exemple 1, sans apport de NaOH en cours de blanchiment, mais avec 4 % de NaOH au lieu de 2.5 % donc avec une quantité de NaOH égale à la somme des quantités de NaOH ajoutées à la pâte au début et en cours de blanchiment dans les exemples 3 à 6 conformes à l'invention.
  • Au terme des 6 heures de blanchiment, la pâte a une blancheur égale à 80,7°ISO, c'est-à-dire semblable à celle atteinte dans les exemple 1 et 2 et donc encore nettement inférieure à celle que permet l'invention.
    • Exemple 8 (comparatif)
  • La même pâte que dans les exemples précédents est blanchie dans les conditions initiales de l'exemple 1 jusqu'à ce que 50 % du peroxyde d'hydrogène soient consommés.
  • La pâte est alors pressée puis amenée à nouveau à une consistance de 15 % par addition d'eau et de 1,5 % de NaOH et blanchie jusqu'à une durée totale de blanchiment égale à 6 heures au moyen du peroxyde d'hydrogène résiduel, soit 1,4 %.
  • La pâte blanchie a une blancheur égale à 81°ISO ce qui ne constitue aucun progrès sur ce plan par rapport à la présente invention mais un désavantage économique certain par rapport à celle-ci.
    • Exemple 9 (comparatif)
  • La même pâte que dans les exemples précédents est blanchie comme dans l'exemple 1 mais avec 2 % de H₂O₂ au lieu de 4 % et jusqu'à ce que 80 % du peroxyde d'hydrogène soient consommés. 1,5 % de NaOH sont alors ajoutés à la pâte et le blanchiment est poursuivi jusqu'à son terme atteint après une durée totale de 6 heures.
  • La pâte a alors une blancheur égale à 72,2°ISO et le brunissement "alcalin" est observé.
  • Une diminution de la quantité additionnelle de NaOH ne modifie pas ces conclusions. Par exemple en opérant avec 0,5 % de NaOH additionnel au lieu de 1,5 %, la blancheur de la pâte blanchie n'est égale qu'à 76°ISO, valeur inférieure à celle égale à 76,8°ISO atteinte après 6 heures sans NaOH additionnel.
    • Exemples 10 à 13 :
  • Une pâte chimicothermomécanique, ou pâte CTMP, de sapin épicéa de blancheur égale à 61,2°ISO est blanchie dans les conditions suivantes :
    H₂O₂ : 4 %, NaOH : 2,5 %, silicate de sodium : 3 %, DTPA : 0,25 %, consistance : 15 %, température : 60°C,
    jusqu'à ce que 52,5 % du peroxyde d'hydrogène soient consommés.
  • Est alors ajoutée à la pâte une quantité de NaOH égale à y %, la valeur de y étant différente d'un exempte à l'autre, et le blanchiment poursuivi jusqu'à son terme assuré après une durée totale de 6 heures.
  • Les résultats sont rassemblées dans le tableau 2 ci-après :
    Figure imgb0002
  • Dans l'exemple 13 on constate un brunissement "alcalin" de la pâte déjà accentué.
  • Les exemples fournis, combinés à l'indication des plages de variation des divers paramètres, en particulier celles de quantités totales et additionnelles d'agent alcalin, permettent à l'homme du métier de tirer bénéfice de l'invention.
  • On peut indiquer encore que la variation d'alcalinité provoquée par l'addition de l'agent alcalin dans le cours du blanchiment selon l'invention se traduit le plus généralement par une augmentation du pH de la pâte d'au moins une unité.

Claims (7)

  1. Procédé de blanchiment de pâtes à papier à haut rendement au moyen de peroxyde d'hydrogène en milieu alcalin, caractérisé en ce que la seule intervention faite entre le début et la fin dudit blanchiment est la modification de l'alcalinité de la pâte par addition d'un agent alcalin à un moment où la quantité de peroxyde d'hydrogène consommée est comprise entre 40 % et 75 % de la quantité initiale de peroxyde d'hydrogène.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la modification de l'alcalinité de la pâte en cours de blanchiment est faite à un moment où la quantité de peroxyde d'hydrogène consommée est comprise entre 50 % et 60 % de la quantité initiale de peroxyde d'hydrogène.
  3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la modification de l'alcalinité de la pâte en cours de blanchiment est faite par addition d'hydroxyde de sodium.
  4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la quantité d'hydroxyde de sodium additionnelle est comprise entre 0,5 % et 4 % en poids par rapport au poids de la pâte à l'état sec.
  5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la quantité d'hydroxyde de sodium est comprise entre 1 % et 2 %.
  6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la quantité totale d'hydroxyde de sodium mise en oeuvre pour réaliser le blanchiment est comprise entre 1 % et 5 % en poids par rapport au poids de pâte à l'état sec.
  7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la quantité de peroxyde d'hydrogène est comprise entre 1 % et 6 % en poids par rapport au poids de pâte à l'état sec.
EP91401316A 1990-04-30 1991-05-22 Procédé de blanchiment au peroxyde d'hydrogène de pâtes à papier à haut rendement Expired - Lifetime EP0514608B1 (fr)

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