EP2870285A1 - Suspensions aqueuses de dioxyde de titane et de matière amylacée cationique destinées a la fabrication de papier et de carton - Google Patents

Suspensions aqueuses de dioxyde de titane et de matière amylacée cationique destinées a la fabrication de papier et de carton

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EP2870285A1
EP2870285A1 EP13744695.1A EP13744695A EP2870285A1 EP 2870285 A1 EP2870285 A1 EP 2870285A1 EP 13744695 A EP13744695 A EP 13744695A EP 2870285 A1 EP2870285 A1 EP 2870285A1
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aqueous suspension
titanium dioxide
composition
paper
mpa
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Roquette Freres SA
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    • C08K2003/2241—Titanium dioxide

Definitions

  • the present invention relates to novel aqueous suspensions containing a very particular pair of filler / binder, in particular a filler which is based on titanium dioxide, and in particular a binder in the form of a liquid composition of cationic starchy material having very specific characteristics of dry matter. , viscosity, nitrogen content and pH.
  • a sheet of paper or cardboard is a support made from cellulose fibers. These fibers are mainly extracted from wood or recovered paper and cardboard for recycling. The manufacture of such a sheet goes through several stages. At first, paper pulp is made: this operation consists of separating the cellulose fibers, half of which are wood and / or recovered paper and paperboard. "Wood" pasta comes from a mechanical, thermo-mechanical or chemical treatment of wood; their so-called “recycled” counterparts are obtained by suspending the recovered paper and paperboard in water, followed by purification and de-inking.
  • the paste is diluted in water before arriving on the paper machine. It then arrives at the head box of the machine, which regularly distributes the fibers and gives its geometry to the flow of the pulp in suspension.
  • Current production is carried out using gigantic machines over 100 m long and up to 10 m wide.
  • the sheet is produced at a speed of up to 1800m / min.
  • a paper machine represents a considerable investment (the cost of a new machine is close to one billion euros).
  • This stage corresponds to the "wet part" of the manufacture of the sheet of paper. At this level, different constituents can be added to the fibers, which will therefore be an integral part of the sheet produced.
  • pigments and mineral or organic fillers such as titanium dioxide then used for the production of decorative papers, but also calcium carbonate or talc.
  • charges will be used to designate both the pigments and the fillers, whether the latter are of mineral or organic origin.
  • EP 2,075,374, EP 2 143 688 and EP 2 455 429 illustrate the use of aqueous suspensions of essentially carbonated mineral materials as mass filler, the latter term referring to the wet part of the production of the paper.
  • EP 1 989 264 it relates particularly to the use of titanium dioxide for the production of decorative paper.
  • binders can also be introduced into this wet part.
  • US 5,147,908 discloses the use of polyvinyl alcohol for this purpose.
  • the sheet of paper can undergo so-called “sleeping” operations.
  • an operation is performed coating method of depositing on the surface of the support a complex formulation called “coating color”.
  • This contains water, at least one filler, at least one binder, as well as various other additives chosen in particular from a dispersant, a rheology modifier, an optical brightener, an antifoam, and the like.
  • Titanium is a particularly interesting filler, as long as one is looking for a high degree of whiteness and good opacity.
  • aqueous suspensions which contain a very particular couple, containing a charge which is based on titanium dioxide and a liquid composition of cationic starchy material (a liquid composition containing a starch). cationic) with very particular characteristics of dry matter, viscosity, nitrogen content and pH.
  • suspensions are particularly stable over time.
  • implementation of starch meets the demand of the market which wishes to move towards biobased binders.
  • papers made by using such suspensions, whether in the wet or in the coating, exhibit excellent printability properties.
  • a first object of the present invention consists of an aqueous suspension containing:
  • a viscosity determined according to a T test, greater than 200 mPa.s and at most equal to 1000 mPa. s,
  • the T test used to measure the viscosity of a liquid composition of starchy material, consists first of all in determining, by any conventional method within the range of those skilled in the art, the dry matter of said composition. As a result, the dry matter is adjusted so that it is equal to 10%. Finally, the Brookfield viscosity is measured at 25 ° C. and at 20 rpm of the composition in question, which therefore has an MS of 10%.
  • this suspension is characterized in that it contains,% by weight:
  • a filler which is titanium dioxide c) from 0.1% to 5%, preferably from 0.5% to 2% of a liquid composition of cationic starchy material having:
  • a viscosity determined according to a T test, greater than 200 mPa.s and at most equal to 1000 mPa. s,
  • This suspension is also characterized in that the composition of liquid cationic starchy material has a solids content by weight preferably between 10% and 30%.
  • This suspension is also characterized in that the composition of liquid cationic starchy material has a pH of between 3.5 and 8.5.
  • This suspension is also characterized in that the starchy material originates from potatoes, corn, wheat, peas or their mixtures.
  • This suspension is also characterized in that the titanium dioxide is of rutile origin or anatase, and preferentially rutile.
  • This suspension is also characterized in that it may also contain talc, calcium carbonate in natural or synthetic form and mixtures of these fillers.
  • this suspension is characterized in that the filler is the product FP 290 OPACITY PIGMENT marketed by the company FP PIGMENTS TM.
  • this suspension is also characterized in that the composition of liquid cationic starchy materials is chosen from the VECTOR TM SC20157 and VECTOR TM SC 2015 products marketed by the company ROQUETTE TM.
  • Another object of the present invention is a process for producing an aqueous suspension of a filler and a cationic starchy material by mixing between:
  • a dry matter by weight of between 10% and a viscosity, determined according to a T test, greater than 200 mPa.s and at most equal to 1000 mPa. s,
  • the content by weight of the constituents, as well as the characteristics of the filler and of the liquid composition of cationic starchy material are those already described previously.
  • Another subject of the present invention consists of a process for manufacturing a paper or a cardboard, by using an aqueous suspension according to the present invention, either in the coating stage or in the wet part of the invention. manufacture of the sheet.
  • a final object of the present invention is a paper or a cardboard obtained by using an aqueous suspension according to the present invention, either in the coating step, or in the wet part of the sheet.

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Abstract

La présente invention concerne de nouvelles suspensions aqueuses contenant un couple très particulier charge / liant, notamment une charge qui est à base de dioxyde de titane et un liant sous forme de composition liquide de matière amylacée cationique présentant des caractéristiques très particulières de matière sèche, de viscosité, de taux d'azote et de pH. Elle concerne aussi un procédé de fabrication de ces suspensions, leur mise en œuvre pour fabriquer un papier et un carton, et le papier et le carton ainsi obtenu.

Description

SUSPENSIONS AQUEUSES DE DIOXYDE DE TITANE
ET DE MATIERE AMYLACEE CATIONIQUE DESTINEES A LA FABRICATION
DE PAPIER ET DE CARTON
La présente invention concerne de nouvelles suspensions aqueuses contenant un couple très particulier charge / liant, notamment une charge qui est à base de dioxyde de titane, et notamment un liant sous forme de composition liquide de matière amylacée cationique présentant des caractéristiques très spécifiques de matière sèche, de viscosité, de taux d'azote et de pH.
Une feuille de papier ou de carton est un support fabriqué à partir de fibres de cellulose. Ces fibres sont principalement extraites du bois ou de papiers et cartons récupérés pour être recyclés. La fabrication d'une telle feuille passe par plusieurs étapes. Dans un premier temps, on fabrique la pâte à papier : cette opération consiste à séparer les fibres de cellulose, issues pour moitié de bois et/ou de papiers et cartons récupérés. Les pâtes « de bois » sont issues d'un traitement mécanique, thermo-mécanique ou chimique du bois ; leurs homologues dites « recyclées » sont obtenues par mise en suspension dans l'eau des papiers et cartons récupérés, puis épuration et désencrage.
Dans un deuxième . temps, la pâte est diluée dans l'eau avant d'arriver sur la machine à papier. Elle arrive alors à la caisse de tête de la machine, qui répartit régulièrement les fibres et donne sa géométrie à l'écoulement de la pâte en suspension. La production actuelle s'effectue à l'aide de gigantesques machines de plus de 100 m de long et jusqu'à 10 m de largeur. La feuille est produite à une vitesse allant jusqu'à 1800m/min. Une machine à papier représente un investissement considérable (le coût d'une machine neuve est proche du milliard d'euros). Cette étape correspond à la « partie humide » de la fabrication de la feuille de papier. A ce niveau, différents constituants peuvent être ajoutés aux fibres, qui feront donc partie intégrante de la feuille réalisée. Parmi eux, ont peut citer les pigments et les charges minérales ou organiques, comme le dioxyde de titane servant alors à la fabrication des papiers-décor, mais aussi le carbonate de calcium ou le talc. Dans la suite de la Demande, on désignera sous le simple terme de « charges » à la fois les pigments et les charges, que ces dernières soient d'origine minérale ou organique.
Les documents EP 2 075 374, EP 2 143 688 et EP 2 455 429 illustrent la mise en œuvre de suspensions aqueuses de matières minérales essentiellement carbonatées comme charge de masse, cette dernière expression faisant référence à la partie humide de la fabrication de la feuille de papier. Quant au document EP 1 989 264, il concerne tout particulièrement l'utilisation de dioxyde de titane pour la fabrication de papier-décor. Outre des charges, on peut également introduire dans cette partie humide des liants. On pourra se référer par exemple au document US 5 147 908 qui divulgue l'utilisation d'alcool polyvinylique à cet effet.
Il faut ensuite éliminer l'eau de manière à structurer la feuille de papier. Pour ce faire, ladite feuille subit des opérations successives d'égouttage, de mise sous presse, de passage entre des rouleaux, et enfin de séchage. On obtient au final une feuille dont l'humidité ne dépasse pas 5 % en poids d'eau.
Enfin, la feuille de papier peut subir des opérations dites de « couchage ». Dans ce cas, on réalise une opération d'enduction consistant à déposer à la surface du support une formulation complexe dénommée « sauce de couchage ». Celle-ci contient de l'eau, au moins une charge, au moins un liant, ainsi que divers autres additifs choisis notamment parmi un dispersant, un modificateur de rhéologie, un azurant optique, un anti-mousse, etc.. Le dioxyde de titane est une charge particulièrement intéressante, dès l'instant où on recherche un degré de blancheur important et une bonne opacité.
Il apparaît donc que 2 étapes clés de la fabrication d'une feuille de papier ou de carton couchée font intervenir 2 constituants communs : on retrouve en effet à la fois le liant et la charge, dont tout particulièrement le dioxyde de titane, dans la partie humide et le couchage de la feuille. Il est déjà bien connu de véhiculer ensemble ces 2 constituants, notamment sous forme de suspension aqueuse.
La stabilité de telles suspensions, liée notamment à l'état de dispersion du pigment et du liant dans la phase aqueuse, revêt un caractère très important si lesdites suspensions doivent être conservées sur de longues périodes. De plus, on cherche à remplacer aujourd'hui les liants issus de la pétrochimie par des solutions d'origine végétale. Enfin, il est bien connu que la charge électrique de la charge influence grandement les propriétés d ' imprimabilité du papier et du carton.
Or, la Demanderesse a aujourd'hui mis au point de nouvelles suspensions aqueuses qui renferment un couple très particulier, contenant une charge qui est à base de dioxyde de titane et une composition liquide de matière amylacée cationique (soit une composition liquide renfermant un amidon cationique) présentant des caractéristiques très particulières de matière sèche, de viscosité, de taux d'azote et de pH .
De manière surprenante et particulièrement avantageuse, ces suspensions s'avèrent particulièrement stables dans le temps. De plus, la mise en œuvre d'amidon répond à la demande du marché qui souhaite s'orienter vers des liants d'origine bio- sourcée. Enfin, les papiers fabriqués par mise en œuvre de telles suspensions, que ce soit dans la partie humide ou en couchage, présentent d'excellentes propriétés d ' imprimabilité
Aussi, un premier objet de la présente invention consiste en une suspension aqueuse contenant :
a) de 1 'eau
b) une charge qui est le dioxyde de titane
c) une composition liquide de matière amylacée cationique présentant :
une matière sèche en poids comprise entre 10 % et 50 %,
une viscosité, déterminée selon un test T, supérieure à 200 mPa.s et au plus égale à 1000 mPa . s ,
un taux d'azote total au moins égal à 0,6 % et au plus égal à 1,6 %, ces pourcentages étant exprimés en poids sec par rapport au poids sec de composition,
un pH inférieur à 9.
Le test T, utilisé pour mesurer la viscosité d'une composition liquide de matière amylacée, consiste en premier lieu à déterminer, par toute méthode classique à la portée de l'homme de l'art, la matière sèche de ladite composition. En suite de quoi, on ajuste la matière sèche de manière à ce qu'elle soit égale à 10 %. Enfin, on mesure la viscosité Brookfield à 25 C et à 20 tours/minute de la composition en question, celle-ci présentant donc une MS de 10 %.
De manière plus précise, cette suspension est caractérisée en ce qu'elle contient, % en poids :
a) de 20 % à 80 % d'eau
b) de 20 % à 80 % d'une charge qui est le dioxyde de titane c) de 0,1 % à 5 %, préfèrentiellement de 0,5 % à 2 % d'une composition liquide de matière amylacée cationique présentant :
une matière sèche en poids comprise entre 10 % et 50 %,
une viscosité, déterminée selon un test T, supérieure à 200 mPa.s et au plus égale à 1000 mPa . s ,
un taux d'azote total au moins égal à 0,6 % et au plus égal à 1,6 %, ces pourcentages étant exprimés en poids sec par rapport au poids sec de composition,
un pH inférieur à 9.
Cette suspension est aussi caractérisée en ce que la composition de matière amylacée cationique liquide présente une matière sèche en poids préfèrentiellement comprise entre 10 % et 30 %.
Cette suspension est aussi caractérisée en ce que la composition de matière amylacée cationique liquide présente un pH compris entre 3,5 et 8,5. Cette suspension est aussi caractérisée en ce que la matière amylacée a pour origine la pomme de terre, le maïs, le blé, le pois ou leurs mélanges.
Cette suspension est aussi caractérisée en ce que le dioxyde de titane est d'origine rutile ou anatase, et préfèrentiellement rutile.
Cette suspension est aussi caractérisée en ce qu'elle peut aussi contenir du talc, du carbonate de calcium sous forme naturelle ou synthétique et les mélanges de ces charges.
Dans une variante très particulière, cette suspension est caractérisée en ce que la charge est le produit FP 290 OPACITY PIGMENT commercialisé par la société FP PIGMENTS™.
Dans une variante très particulière, cette suspension est aussi caractérisée en ce que la composition de matières amylacées cationiques liquide est choisi parmi les produits VECTOR™ SC20157 et VECTOR™ SC 2015 commercialisés par la société ROQUETTE™.
Un autre objet de la présente invention consiste en un procédé de fabrication d'une suspension aqueuse d'une charge et d'une matière amylacée cationique par mélange entre :
a) de 1 'eau
b) une charge qui est le dioxyde de titane
c) une composition liquide de matière amylacée cationique présentant :
une matière sèche en poids comprise entre 10 % et une viscosité, déterminée selon un test T, supérieure à 200 mPa.s et au plus égale à 1000 mPa . s ,
un taux d'azote total au moins égal à 0,6 % et au plus égal à 1,6 %, ces pourcentages étant exprimés en poids sec par rapport au poids sec de composition,
un pH inférieur à 9.
Dans ce procédé, la teneur en poids des constituants, de même que les caractéristiques de la charge et de la composition liquide de matière amylacée cationique sont celles déjà décrites précédemment.
Un autre objet de la présente invention consiste en un procédé de fabrication d'un papier ou d'un carton, par mise en œuvre d'une suspension aqueuse selon la présente invention, soit dans l'étape de couchage soit dans la partie humide de fabrication de la feuille.
Un dernier objet de la présente invention consiste en un papier ou un carton obtenu par mise en œuvre d'une suspension aqueuse selon la présente invention, soit dans l'étape de couchage, soit dans la partie humide de fabrication de la feuille .

Claims

REVENDICATIONS
1 - Suspension aqueuse contenant :
a) de 1 'eau
b) une charge qui est le dioxyde de titane
c) une composition liquide de matière amylacée cationique présentant :
une matière sèche en poids comprise entre 10 % et 50 %,
une viscosité, déterminée selon un test T, supérieure à 200 mPa.s et au plus égale à 1000 mPa . s ,
un taux d'azote total au moins égal à 0,6 % et au plus égal à 1,6 %, ces pourcentages étant exprimés en poids sec par rapport au poids sec de composition,
un pH inférieur à 9.
2 - Suspension aqueuse selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle contient de, exprimé en % en poids de chacun de ses constituants :
a) de 20 % à 80 % d'eau
b) de 20 % à 80 % d'une charge qui est le dioxyde de titane c) de 0,1 % à 5 %, préfèrentiellement de 0,5 % à 2 % d'une composition liquide de matière amylacée cationique présentant :
une matière sèche en poids comprise entre 10 % et 50 %,
une viscosité, déterminée selon un test T, supérieure à 200 mPa.s et au plus égale à 1000 mPa . s ,
un taux d'azote total au moins égal à 0,6 % et au plus égal à 1,6 %, ces pourcentages étant exprimés en poids sec par rapport au poids sec de composition,
un pH inférieur à 9.
3 - Suspension aqueuse selon une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la composition de matières amylacées cationiques liquide présente une matière sèche en poids préfèrentiellement comprise entre 10 % et 30 %.
4 - Suspension aqueuse selon une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la composition de matières amylacées cationiques liquide présente un pH compris entre 3,5 et 8,5.
5 - Suspension aqueuse selon une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que les matières amylacées ont pour
origine la fécule, le maïs, le blé, le pois ou leurs mélanges.
6 - Suspension aqueuse selon une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le dioxyde de titane est d'origine rutile ou anatase, et préfèrentiellement rutile.
7 - Suspension aqueuse selon une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle peut aussi contenir du talc, du carbonate de calcium sous forme naturelle ou synthétique et les mélanges de ces charges.
8 - Procédé de fabrication d'une suspension aqueuse d'une charge et d'une matière amylacée cationique par mélange entre :
a) de 1 'eau
b) une charge qui est le dioxyde de titane c) une composition liquide de matière amylacée cationique présentant :
une matière sèche en poids comprise entre 10 % et 50 %,
une viscosité, déterminée selon un test T, supérieure à 200 mPa.s et au plus égale à 1000 mPa . s ,
un taux d'azote total au moins égal à 0,6 % et au plus égal à 1,6 %, ces pourcentages étant exprimés en poids sec par rapport au poids sec de composition,
un pH inférieur à 9.
9 - Procédé de fabrication d'un papier ou d'un carton, par mise en œuvre d'une suspension aqueuse selon une des
revendications 1 à 9, soit dans l'étape de couchage soit dans la partie humide de fabrication de la feuille.
10 - Papier ou un carton obtenu par mise en œuvre d'une suspension aqueuse selon une des revendications 1 à 9, soit dans l'étape de couchage soit dans la partie humide de fabrication de la feuille.
EP13744695.1A 2012-07-06 2013-07-05 Suspensions aqueuses de dioxyde de titane et de matière amylacée cationique destinées a la fabrication de papier et de carton Withdrawn EP2870285A1 (fr)

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