EP3938575B1 - Augmentation de la resistance du papier par traitement de surface - Google Patents

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EP3938575B1
EP3938575B1 EP20709236.2A EP20709236A EP3938575B1 EP 3938575 B1 EP3938575 B1 EP 3938575B1 EP 20709236 A EP20709236 A EP 20709236A EP 3938575 B1 EP3938575 B1 EP 3938575B1
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EP
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salts
starches
paper
water
dispersion
Prior art date
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EP3938575A1 (fr
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Gatien Faucher
Damien FOUGEROUSE
René Hund
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SNF Group
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SPCM SA
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Definitions

  • the invention relates to a process for treating the surface of paper to improve its mechanical strength.
  • starches such as corn starch, wheat starch, potato starch or chemically modified starches were used as layer bonding agents. The practice was to drop/spray the starch slurry onto the wet paper and then promote the gelatinization of the starch during the drying process to improve the adhesive strength.
  • the starch grains need high temperature, water and time to “burst/explode” and therefore for the starch to gelatinize. It is the gelatinized starch which provides the mechanical properties. If the water in the slurry deposited on the surface is eliminated too quickly by too violent a drying section profile, or by too rapid absorption of water within the paper, the grains dry as they are, without gelatinizing, and therefore without bringing any performance.
  • a polyacrylamide (PAM) dry strength agent has been used in combination with starch. Thanks to synthetic macromolecules of the PAM type, it became possible to minimize the problems linked to the use of an aqueous solution of starch, such as, for example, the increase in the COD (Chemical Oxygen Demand), the formation of moulds/ bacteria from natural substances such as starch, heavy and necessary maintenance of spray nozzles. This also limited starch losses within the paper as well as in the water circuit. However, until now, all dry strength agents tested in combination with starch have been water-soluble polymers.
  • the Applicant has discovered, surprisingly, that by applying to the surface of the paper and/or at least one of its layers a mixture of a polysaccharide and an aqueous dispersion comprising (a) particles of at least one polymer anionic water-swellable material and (b) at least one compound chosen from an inorganic salt, an organic salt, a dispersing organic polymer and mixtures thereof, the mechanical properties of delamination are higher.
  • the water-holding capacity of the water-swellable polymer gives the starch grains a moist atmosphere that is more resilient to drastic drying conditions, improving the gelatinization of the starch.
  • wet paper is understood to mean the paper resulting from the manufacturing process before passing through the dryer section.
  • the aqueous suspension S i contains between 0.5 and 30% by mass of polysaccharide in water, and even more advantageously between 5 and 20% by mass.
  • the polysaccharide is chosen from native starch, amylose, amylopectin, cellulose and compounds derived from cellulose, modified starches such as enzymatically treated starches, hydrolyzed starches, heated starches, cationic starches, such as those resulting from the reaction of a starch with a tertiary amine to form a quaternary ammonium salt, anionic starches, amphoteric starches; and any combination thereof.
  • modified starches such as enzymatically treated starches, hydrolyzed starches, heated starches, cationic starches, such as those resulting from the reaction of a starch with a tertiary amine to form a quaternary ammonium salt, anionic starches, amphoteric starches; and any combination thereof.
  • the polysaccharide is native starch.
  • Native starch is the product of starch extraction without further modification.
  • the water-swellable polymer P used in step ii) of the process of the invention is also known as a super-absorbent polymer. Generally, it has a water absorption capacity greater than 10 times its volume. In a particularly advantageous manner for the process according to the invention, within the dispersion, the water-swellable polymer is not or only slightly water-swelled. Low water swell means that it retains a water absorption capacity greater than 10 times its volume.
  • the water-swellable polymer P used in step ii) of the process of the invention is anionic, which means that its resulting charge is negative.
  • This polymer can be prepared from various water-soluble monomers, in particular from at least one water-soluble monomer comprising at least one ethylenic double bond. It can thus be prepared from at least one anionic monomer, from at least one nonionic monomer, from at least one cationic monomer or even from at least one zwitterionic monomer, alone or in blend.
  • the water-swellable polymers P used in the process of the invention are obtained by crosslinking and therefore form three-dimensional networks.
  • the water-swellable polymer P can be a copolymer prepared from the monomers described above or from the monomers described above and at least one other monomer chosen from the monomers hydrophobic, for example styrene, alkyl-acrylates, alkyl-methacrylates, aryl-acrylates, aryl-methacrylates, hydrophobic derivatives of acrylamide; amphiphilic monomers, for example dodecyl poly(oxyethylene) methacrylate, behenyl poly(oxyethylene) methacrylate; or from natural polymers such as, for example, cellulose derivatives, polysaccharides, clays, for example these natural polymers can be grafted onto the water-swellable polymers of the invention to form another family of water-swellable polymers according to the invention.
  • the water-swellable polymer P is a copolymer of at least one nonionic monomer and of at least one anionic monomer.
  • the anionic water-swellable polymer P is derived from at least 1 mol% of at least one water-soluble anionic monomer comprising an ethylenic double bond and at least one carboxylic or sulphonic acid function and from at least 5 mol% of at least a nonionic monomer chosen from acrylamide, methacrylamide and their derivatives, vinylformamide and N-vinylpyrrolidone.
  • the water-swellable polymer P contains between 1 and 40 mol% of at least one water-soluble anionic monomer comprising an ethylenic double bond and at least one carboxylic or sulphonic acid function and between 60 and 99 mol% of at least one nonionic monomer chosen from acrylamide, methacrylamide and their derivatives, vinylformamide and N-vinylpyrrolidone.
  • the water-soluble anionic monomer is chosen from acrylic acid, methacrylic acid and their salts, 2-acrylamido-2-methylpropane sulphonic acid and its salts, itaconic acid and its salts, allyl sulphonic acid and its salts, methallyl sulphonic acid and its salts.
  • the water-swellable anionic polymer P is a copolymer of acrylamide and sodium acrylate.
  • the aqueous dispersion D comprises from 5 to 60% by dry weight, and even more preferably from 15 to 35% by dry weight, of water-swellable polymer P.
  • the particles of water-swellable polymer P advantageously have a diameter allowing them to be dispersed.
  • the particles have an average diameter ranging from 0.1 and 1000 ⁇ m, more preferentially ranging from 0.1 and 200 ⁇ m, even more preferentially ranging from 0.1 and 20 ⁇ m.
  • the average diameter of the particles can be determined by any method known to those skilled in the art, for example by binocular microscopy.
  • the aqueous dispersion D comprises a compound (b) which has a balancing agent function. It is a water-soluble or water-miscible compound. Within the dispersion according to the invention, it makes it possible to totally or partially inhibit the hydroswelling capacity of the polymer P. Thus, within this aqueous dispersion, in the presence of this compound (b), the hydroswellable polymer ( P ) is present in the form of particles and is not or only slightly in the hydroswollen state.
  • dispersion D comprises, as compound (b), from 8 to 27% by mass of inorganic salt or organic salt and from 5 to 20% by dry mass of dispersing organic polymer.
  • the dispersion D can also comprise at least one additive chosen from polyfunctional alcohols, for example glycerol, polyalkylene glycols such as polyethylene glycol and polypropylene glycol.
  • the additive is present in an amount by mass of dispersion ranging from 0.001 to 20% by weight, preferably from 0.5 to 10%
  • the mixture M of the suspension S and of the dispersion D is advantageously carried out with stirring by adding the dispersion D to the suspension S, so that the concentration of the polymer P in M is between 0.001 and 10% by mass dried.
  • the application of the mixture M ( S + D ) to the surface of the paper and/or at least one of its layers, also called coating of the paper can be carried out by any means of coating.
  • this coating means is a coater or a spray bar.
  • coaters size presses
  • roller coaters blade coaters
  • rotary bar coaters curtain coaters
  • vacuum coaters vacuum coaters
  • step iv) of the process of the invention which consists in applying the mixture M, is carried out at a temperature of between 10 and 100°C and even more preferably between 30°C and 100°C.
  • the mixture M advantageously makes it possible to improve the mechanical strength of the paper.
  • the present invention relates to a process for improving the mechanical strength of paper comprising the application to the surface of the paper and/or of at least one of its layers of the mixture M according to the invention.
  • the present invention also relates to the use of a water-swellable polymer P according to the invention for the treatment of paper, in particular the use of a water-swellable polymer P in combination with a polysaccharide, for the treatment of paper, in particular to improve the mechanical strength of the paper.
  • the present invention also relates to the use of the mixture M for the treatment of paper, in particular for improving the mechanical strength of the paper.
  • the paper forms are made with an automatic dynamic form.
  • the paper pulp is prepared by disintegrating, for 25 minutes, 90 grams of recycled cardboard fibers in 2 liters of hot water (neutral pH pulp composed of 100% recycled fibers).
  • the paste thus obtained is then diluted in water to a volume of 6 liters. Once the consistency has been precisely measured, the necessary quantity of this paste is removed so as to finally obtain a sheet with a basis weight of 90 g/m 2 .
  • the paste is then introduced into the vat of the dynamic former, diluted to a consistency of 0.5% and stirred moderately with a mechanical stirrer in order to homogenize the aqueous suspension.
  • a blotter and the training cloth are placed in the bowl of the dynamic former before starting the rotation of the bowl at 1000 revolutions per minute and building the water wall.
  • the sheet is then produced by 23 round trips of the nozzle projecting the paste into the wall of water.
  • the forming fabric, with the formed fiber network is removed from the bowl of the dynamic former and placed on a table.
  • a dry blotter is laid on the side of the wet fiber mat and is pressed once with a roller. The whole is turned over and the canvas is delicately separated from the fibrous mattress.
  • a second dry blotter is placed before turning the assembly over and removing the first waterlogged blotter.
  • An aqueous suspension of uncooked native starch, with or without additives of polymer according to the invention, is then applied in the form of a spray (gun, bar, nebulizer, etc.), so as to uniformly deposit a dry quantity of the order of 1 g/m 2 .
  • the wet sheet is then folded in two on the treated side, pressed between two rollers under 4 bars of pressure, then after renewing the blotter, dried on a dryer stretched for 10 minutes at 117°C.
  • the blotter is then removed and the sheet thus formed is conditioned for a minimum of 12 hours in a room with controlled humidity and temperature (50% relative humidity and 23° C. temperature).
  • Industrial flat cardboard is used on which an aqueous suspension S of uncooked native starch with or without additives of dispersion D of polymer is deposited using a threaded bar (the suspension S with additives corresponds to the mixture M ).
  • This sheet is then folded in two on the treated side, placed in a blotter, pressed between two rollers under 4 bars of pressure, then dried on a dryer stretched for 10 minutes at 117°C.
  • the blotter is then removed and the sheet thus formed is conditioned for a minimum of 12 hours in a room with controlled humidity and temperature (50% relative humidity and 23° C. temperature).
  • the equipment used for the application on a dry sheet is a laboratory coater of the Multicoater K 303 type from RK Print Coat Instruments.
  • the burst is measured with a Messmer Buchel M 405 burst tester (average over 12 values), according to the TAPPI T403 om-02 standard. The result is expressed in kPa.
  • the burst index (Burst Index), expressed in kPa.m 2 /g, is determined by dividing this value by the grammage of the sheet.
  • the internal cohesion test is carried out with a Scott Bond type apparatus (average over 5 values) according to the TAPPI T569 pm-00 procedure. The result is expressed in ft.lbs/in 2 .
  • compositions used in the following examples are compositions used in the following examples:
  • Composition Description E (Example) Aqueous dispersion containing 20% by mass of a water-swellable polymer P1 of acrylamide and crosslinked sodium acrylate, with a particle size of less than 50 ⁇ m. This aqueous dispersion contains a total of 43% by weight of dry matter, including in particular the water-swellable polymer, ammonium sulphate and dispersant polymers.
  • C (Counterexample) Aqueous dispersion containing 20% by mass of a water-soluble polymer P2 of acrylamide and sodium acrylate, with a particle size of less than 50 ⁇ m. This aqueous dispersion contains a total of 43% by mass of dry matter, including in particular the water-soluble polymer, ammonium sulphate and dispersant polymers.
  • compositions E and C Differentiation of compositions E and C : The compositions are diluted at 5 g/L in deionized water.
  • a turbid suspension is obtained which is left to settle in a tube until an opalescent deposit at the bottom of the tube and a clear supernatant are obtained.
  • the opalescent deposit represents the accumulation of particles of water-swellable polymer P1.
  • composition C For composition C, dilution to 5 g/L leads directly to a clear and viscous solution. The polymer P2 is completely dissolved.
  • a 110 g/m 2 industrial flat cardboard is used, the mechanical performance of which corresponds to the “white” test when it is not treated.

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Description

    DOMAINE DE L'INVENTION
  • L'invention concerne un procédé de traitement de surface du papier pour améliorer sa résistance mécanique.
    • ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE
  • Dans le cas de papiers et/ou cartons obtenus en superposant les couches de papier, il est important d'avoir une force adhésive entre les couches pour améliorer la cohésion du papier dans son épaisseur. Autrefois, des amidons tels que l'amidon de maïs, l'amidon de blé, l'amidon de pomme de terre ou les amidons modifiés chimiquement étaient utilisés en tant qu'agents renforçant la liaison des couches. La pratique était de déposer/pulvériser la suspension d'amidon sur le papier humide, puis de favoriser la gélatinisation de l'amidon pendant le processus de séchage pour améliorer la force adhésive.
  • Une baisse des performances mécaniques du papier est toutefois observée lorsque le profil de sécherie est trop violent car cela engendre une élimination rapide de l'eau du slurry d'amidon déposé en surface du papier.
  • En effet, les grains d'amidon ont besoin de haute température, d'eau et de temps pour « éclater/exploser » et donc pour que l'amidon gélatinise. C'est l'amidon gélatinisé qui apporte les propriétés mécaniques. Si l'eau du slurry déposé en surface est éliminée trop rapidement par un profil de sécherie trop violent, ou par une absorption d'eau au sein du papier trop rapide, les grains sèchent en l'état, sans gélatiniser, donc sans apporter de performances.
  • Plus récemment, un agent de résistance à sec de type polyacrylamide (PAM) a été utilisé en combinaison avec l'amidon. Grâce aux macromolécules synthétiques de type PAM, il devint possible de minimiser les problèmes liés à l'utilisation d'une solution aqueuse d'amidon, comme par exemple l'augmentation de la DCO (Demande Chimique en Oxygène), la formation de moisissures / bactéries provenant des substances naturelles telles que l'amidon, la maintenance lourde et nécessaire des buses de spray. Cela limitait également les pertes d'amidon au sein du papier ainsi que dans le circuit d'eau. Néanmoins, jusqu'à maintenant, tous les agents de résistance à sec testés en combinaison avec l'amidon étaient des polymères hydrosolubles.
    • EXPOSE DE L'INVENTION
  • La Demanderesse a découvert de manière surprenante qu'en appliquant en surface du papier et/ou d'au moins une de ses couches un mélange d'un polysaccharide et d'une dispersion aqueuse comprenant (a) des particules d'au moins un polymère hydrogonflable anionique et (b) au moins un composé choisi parmi un sel minéral, un sel organique, un polymère organique dispersant et leurs mélanges, les propriétés mécaniques de délamination sont plus élevées. Sans être lié à une quelconque théorie, il semble que la capacité de rétention d'eau du polymère hydrogonflable confère aux grains d'amidon une atmosphère humide plus résiliente aux conditions de sécherie drastiques, améliorant la gélatinisation de l'amidon.
  • L'invention concerne donc un procédé de traitement de la surface du papier, et/ou d'au moins une de ses couches, comprenant les étapes successives suivantes :
    1. i) Fournir une suspension aqueuse S de polysaccharide,
    2. ii) Fournir d'une dispersion aqueuse D comprenant (a) des particules d'au moins un polymère hydrogonflable anionique P et (b) au moins un composé choisi parmi un sel minéral, un sel organique, un polymère organique dispersant et leurs mélanges,
    3. iii) Mélanger la suspension S et la dispersion D pour obtenir un mélange M,
    4. iv) Appliquer le mélange M en surface du papier, et/ou d'au moins une de ses couches.
  • Le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre sur du papier humide ou sec, de préférence humide. Dans le cadre de l'invention, on entend par papier humide le papier issu du processus de fabrication avant passage en sécherie.
  • Avantageusement la suspension aqueuse S, contient entre 0,5 et 30% massique de polysaccharide dans l'eau, et encore plus avantageusement entre 5 et 20 % massique.
  • Préférentiellement le polysaccaride est choisi parmi l'amidon natif, l'amylose, l'amylopectine, la cellulose et les composés dérivés de la cellulose, les amidons modifiés tels que les amidons traités par voie enzymatique, les amidons hydrolysés, les amidons chauffés, les amidons cationiques, tels que ceux résultant de la réaction d'un amidon avec une amine tertiaire pour former un sel d'ammonium quaternaire, les amidons anioniques, les amidons amphotères; et toute combinaison de ceux-ci.
  • De préférence, le polysaccharide est l'amidon natif. L'amidon natif est le produit de l'extraction de l'amidon sans modification ultérieure.
  • Le polymère hydrogonflable P, utilisé dans l'étape ii) du procédé de l'invention est également connu comme polymère super-absorbant. Généralement, il a une capacité d'absorption d'eau supérieure à 10 fois son volume. De manière particulièrement avantageuse pour le procédé selon l'invention, au sein de la dispersion, le polymère hydrogonflable n'est pas ou peu hydrogonflé. Peu hydrogonflé signifie qu'il garde une capacité d'absorption d'eau supérieure à 10 fois son volume.
  • Le polymère hydrogonflable P utilisé dans l'étape ii) du procédé de l'invention est anionique, ce qui signifie que sa charge résultante est négative. Ce polymère peut être préparé à partir de différents monomères hydrosolubles, en particulier à partir d'au moins un monomère hydrosoluble comprenant au moins une double liaison éthylénique. Il peut ainsi être préparé à partir d'au moins un monomère anionique, à partir d'au moins un monomère non ionique, à partir d'au moins un monomère cationique ou encore à partir d'au moins un monomère zwitterionique, seuls ou en mélange. De façon générale, les polymères hydrogonflables P utilisés dans le procédé de l'invention sont obtenus par réticulation et forment donc des réseaux tridimensionnels.
  • Comme exemples de monomères anioniques, on utilise avantageusement au moins un monomère choisi parmi :
    • les monomères comprenant au moins une fonction carboxylique, par exemple acide acrylique, acide méthacrylique, acide itaconique et leurs sels ;
    • les monomères comprenant au moins une fonction acide sulfonique, par exemple l'acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique (AMPS), l'acide allyl sulfonique et, l'acide methallyl sulfonique et leurs sels.
  • Comme exemples de monomères non ioniques, on utilise avantageusement au moins un monomère choisi parmi :
    • l'acrylamide et ses dérivés, notamment les N-alkylacrylamides, par exemple le Nisopropylacrylamide, le N-tert-butylacrylamide ; les N,N-dialkylacrylamides, par exemple le N,N-diméthylacrylamide et le N-méthylolacrylamide;
    • le méthacrylamide et ses dérivés, notamment les N-alkylméthacrylamides, par exemple le N-isopropylméthacrylamide, le N-tert-butylméthacrylamide ; les N,Ndialkylméthacrylamides, par exemple le NN-diméthylméthacrylamide et le N-méthylolméthacrylamide ;
    • la vinylformamide, la N-vinylpyridine, la N-vinylpyrrolidone, les hydroxyalkylacrylates, les hydroxyalkyl méthacrylates, les acrylates portant des chaînes alkoxy; les méthacrylates portant des chaînes alkoxy.
  • Comme exemples de monomères cationiques, on utilise avantageusement au moins un monomère choisi parmi :
    • les sels de diallyldialkyl ammonium, par exemple le chlorure de diallyl dimethyl ammonium (DADMAC) ;
    • les acrylates de dialkylaminoalkyle, les méthacrylates de dialkylaminoalkyle, en particulier l'acrylate de dialkylaminoalkyle de dialkylaminoéthyle (ADAME) et le méthacrylate de dialkylaminoéthyle (MADAME), ainsi que leurs formes acidifiées ou quaternisées, par exemple le chlorure de [2-(acryloyloxy)ethyl]triméthylammonium ; les dialkyl-aminoalkylacrylamides, les dialkyl-methacrylamides, ainsi que leurs formes acidifiées ou quaternisées, par exemple le chlorure d'acrylamido-propyl triméthyl ammonium.
  • Comme exemples de monomères zwitterioniques, on utilise avantageusement au moins un monomère choisi parmi :
    • les monomères sulfobétaïnes comme le sulfopropyl diméthylammonium éthyl méthacrylate, le sulfopropyl diméthylammonium propylméthacrylamide, le sulfopropyl 2-vinylpyridinium ;
    • les monomères phosphobétaïnes, comme le phosphato éthyl triméthylammonium éthyl méthacrylate les monomères carboxybétaïnes.
  • De manière avantageuse à l'étape ii) du procédé de l'invention, le polymère hydrogonflable P peut être un copolymère préparé à partir des monomères précédemment décrits ou à partir des monomères précédemment décrits et d'au moins un autre monomère choisi parmi les monomères hydrophobes, par exemple le styrène, les alkyl-acrylates, les alkyl-méthacrylates, les aryl-acrylates, les aryl-méthacrylates, les dérivés hydrophobes d'acrylamide; les monomères amphiphiles, par exemple le méthacrylate de dodécyl poly(oxyéthylène), le méthacrylate de béhényl poly(oxyéthylène); ou à partir de polymères naturels tels que par exemples, les dérivés cellulosiques, les polysaccharides, les argiles, par exemple ces polymères naturels peuvent être greffés sur les polymères hydrogonflables de l'invention pour former une autre famille de polymères hydrogonflables selon l'invention.
  • Avantageusement, le polymère hydrogonflable P est un copolymère d'au moins un monomère non-ionique et d'au moins un monomère anionique. Préférentiellement, le polymère hydrogonflable anionique P est issu d'au moins 1 mol% d'au moins un monomère anionique hydrosoluble comprenant une double liaison éthylénique et au moins une fonction acide carboxylique ou sulfonique et d'au moins 5 mol % d'au moins un monomère non ionique choisi parmi l'acrylamide, le méthacrylamide et leurs dérivés, la vinylformamide et la N-vinylpyrrolidone.
  • Préférentiellement, le polymère hydrogonflable P contient entre 1 et 40 mol % d'au moins un monomère anionique hydrosoluble comprenant une double liaison éthylénique et au moins une fonction acide carboxylique ou sulfonique et entre 60 et 99 mol% d'au moins un monomère non ionique choisi parmi l'acrylamide, le méthacrylamide et leurs dérivés, la vinylformamide et la N-vinylpyrrolidone.
  • Selon un mode de réalisation préféré, le monomère anionique hydrosoluble est choisi parmi l'acide acrylique, l'acide méthacrylique et leurs sels, l'acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique et ses sels, l'acide itaconique et ses sels, l'acide allyl sulfonique et ses sels, l'acide methallyl sulfonique et ses sels.
  • De manière encore plus préférentielle, le polymère anionique hydrogonflable P est un copolymère d'acrylamide et d'acrylate de sodium.
  • Selon un mode de réalisation préféré, pour le procédé de l'invention, la dispersion aqueuse D comprend de 5 à 60 % en poids sec, et encore plus préférentiellement de 15 à 35 % en poids sec, de polymère hydrogonflable P.
  • Pour le procédé selon l'invention, les particules de polymère hydrogonflable P ont de façon avantageuse un diamètre permettant leur dispersion. De préférence, les particules présentent un diamètre moyen allant de 0,1 et 1 000 µm, plus préférentiellement allant de 0,1 et 200 µm, encore plus préférentiellement allant de 0,1 et 20 µm. Le diamètre moyen des particules peut être déterminé par toute méthode connue de l'homme du métier, par exemple par microscopie binoculaire.
  • Outre le polymère hydrogonflable P, la dispersion aqueuse D comprend un composé (b) qui a une fonction d'agent d'équilibrage. Il s'agit d'un composé hydrosoluble ou miscible à l'eau. Au sein de la dispersion selon l'invention, il permet d'inhiber totalement ou partiellement la capacité d'hydrogonflage du polymère P. Ainsi, au sein de cette dispersion aqueuse, en présence de ce composé (b), le polymère hydrogonflable (P) est présent sous forme de particules et n'est pas ou peu à l'état hydrogonflé.
  • De manière préférée, la dispersion aqueuse comprend au moins un composé (b) choisi parmi :
    • les sels minéraux ou organiques comprenant au moins un anion choisi parmi les sulfates, les dihydrogénophosphates, les phosphates, les halogénures ;
    • les sels minéraux ou organiques comprenant au moins un cation choisi parmi le sodium, le potassium, l'ammonium, le magnésium, le calcium, l'aluminium ;
    • les mélanges d'au moins deux de ces sels ;
    • les polymères organiques dispersants choisis parmi les polymères ou les copolymères à base d'acide acrylique, d'acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique et leurs sels et d'acrylamide de poids moléculaire allant de 1000 à 30 000 g.mol-1.
  • De manière préférée, la dispersion D comprend, comme composé (b), de 8 à 27 % en masse de sel minéral ou de sel organique et de 5 à 20 % en masse sèche de polymère organique dispersant.
  • Selon l'invention, la dispersion D peut également comprendre au moins un additif choisi parmi les alcools polyfonctionnels, par exemple le glycérol, les polyalkylèneglycols tels que le polyéthylèneglycol et le polypropylèneglycol. Avantageusement, l'additif est présent en une quantité en masse de dispersion allant de 0,001 à 20 % en poids, préférentiellement de 0,5 à 10%
  • Le mélange M de la suspension S et de la dispersion D, est effectué avantageusement sous agitation par ajout de la dispersion D dans la suspension S, de manière à ce que la concentration du polymère P dans M soit comprise entre 0,001 à 10 % en masse sèche.
  • Pour l'étape iv) du procédé de l'invention, l'application du mélange M (S + D) en surface du papier et/ou d'au moins une de ses couches, aussi appelée enduction du papier, peut être effectuée par tout moyen d'enduction. Préférentiellement, ce moyen d'enduction est une coucheuse ou une barre de spray. Il existe plusieurs types de coucheuses (« size press ») dont les coucheuses à rouleaux, les coucheuses à lame, les coucheuses à barre rotative, les coucheuses rideau et les coucheuses sous vide.
  • Enfin selon une dernière préférence, l'étape iv) du procédé de l'invention qui consiste à appliquer le mélange M, se fait à une température comprise entre 10 et 100°C et encore plus préférentiellement entre 30°C et 100°C.
  • Le mélange M permet avantageusement d'améliorer la résistance mécanique du papier. Ainsi, de préférence, la présente invention concerne un procédé d'amélioration de la résistance mécanique du papier comprenant l'application à la surface du papier et/ou d'au moins une de ses couches du mélange M selon l'invention.
  • La présente invention concerne également l'utilisation d'un polymère hydrogonflable P selon l'invention pour le traitement du papier, notamment l'utilisation d'un polymère hydrogonflable P en combinaison avec un polysaccharide, pour le traitement du papier, notamment pour améliorer la résistance mécanique du papier.
  • La présente invention concerne également l'utilisation du mélange M pour le traitement du papier, notamment pour améliorer la résistance mécanique du papier.
  • L'invention et les avantages qui en résultent ressortiront bien des exemples de réalisation suivants.
    • EXEMPLES Formation des feuilles avec dépose sous forme de spray sur feuille humide :
  • Les formettes de papier sont réalisées avec une formette dynamique automatique. Tout d'abord, la pâte à papier est préparée en désintégrant, pendant 25 minutes, 90 grammes de fibres de carton recyclé dans 2 litres d'eau chaude (pâte à pH neutre composée de 100% de fibres recyclées). La pâte ainsi obtenue est ensuite diluée dans l'eau jusqu'à un volume de 6 litres. Une fois la consistance mesurée précisément, la quantité nécessaire de cette pâte est prélevée de manière à obtenir finalement une feuille avec un grammage de 90 g/m2.
  • La pâte est alors introduite dans le cuvier de la formette dynamique, diluée jusqu'à une consistance de 0.5% et agitée modérément avec un agitateur mécanique afin d'homogénéiser la suspension aqueuse.
  • Un buvard et la toile de formation sont placés dans le bol de la formette dynamique avant de démarrer la rotation du bol à 1000 tours par minute et de construire le mur d'eau. La feuille est alors réalisée par 23 aller-retours de la buse projetant la pâte dans le mur d'eau. Une fois que l'eau est drainée et que la séquence automatique est terminée, la toile de formation, avec le réseau de fibres formé, est retirée du bol de la formette dynamique et placée sur une table. Un buvard sec est déposé du côté du matelas de fibres humides et est pressé une fois avec un rouleau. L'ensemble est retourné et la toile est délicatement séparée du matelas fibreux. Un second buvard sec est déposé avant de retourner l'ensemble et de retirer le premier buvard gorgé d'eau.
  • On applique ensuite sous forme de spray (pistolet, barre, nébuliseur, ...) une suspension aqueuse d'amidon natif non cuit, additivé ou non de polymère selon l'invention, de manière à déposer uniformément une quantité sèche de l'ordre de 1 g/m2.
  • La feuille humide est ensuite repliée en deux sur la face traitée, pressée entre deux rouleaux sous 4 bars de pression, puis après avoir renouvelé le buvard, séchée sur un sécheur tendu pendant 10 minutes à 117°C. Le buvard est ensuite retiré et la feuille ainsi formée est conditionnée pendant 12 heures minimum dans une pièce à humidité et température contrôlées (50% d'humidité relative et 23°C de température).
  • Les propriétés de résistance à sec des différentes feuilles obtenues par cette procédure sont évaluées.
    • Dépose avec barre filetée sur feuille sèche :
  • On utilise du carton plat industriel sur lequel on dépose à l'aide d'une barre filetée une suspension aqueuse S d'amidon natif non cuit additivée ou non de dispersion D de polymère (La suspension S additivée correspond au mélange M). Cette feuille est ensuite repliée en deux sur la face traitée, placée dans un buvard, pressée entre deux rouleaux sous 4 bars de pression, puis séchée sur un sécheur tendu pendant 10 minutes à 117°C. Le buvard est ensuite retiré et la feuille ainsi formée est conditionnée pendant 12 heures minimum dans une pièce à humidité et température contrôlées (50% d'humidité relative et 23°C de température).
  • Les propriétés de résistance à sec des différentes feuilles obtenues par cette procédure sont évaluées.
  • L'équipement utilisé pour la dépose sur feuille sèche est une coucheuse de laboratoire de type Multicoater K 303 de RK Print Coat Instruments.
    • Tests de résistance à sec :
  • L'éclatement est mesuré avec un éclatomètre Messmer Buchel M 405 (moyenne sur 12 valeurs), selon la norme TAPPI T403 om-02. Le résultat est exprimé en kPa. On détermine l'indice d'éclatement (Burst Index), exprimé en kPa.m2/g, en divisant cette valeur par le grammage de la feuille.
  • Le test de cohésion interne est réalisé avec un appareil de type Scott Bond (moyenne sur 5 valeurs) selon la procédure TAPPI T569 pm-00. Le résultat est exprimé en ft.lbs/in2.
    • Compositions mise en oeuvre dans les exemples qui suivent :
  • [Tableau 1]
    Composition Description
    E (Exemple) Dispersion aqueuse contenant 20% massique d'un polymère hydrogonflable P1 d'acrylamide et d'acrylate de sodium réticulé, de granulométrie inférieure à 50 µm. Cette dispersion aqueuse contient un total de 43% massique de matière sèche, dont notamment le polymère hydrogonflable, du sulfate d'ammonium et des polymères dispersants.
    C (Contre exemple) Dispersion aqueuse contenant 20% massique d'un polymère hydrosoluble P2 d'acrylamide et d'acrylate de sodium, de granulométrie inférieure à 50 µm. Cette dispersion aqueuse contient un total de 43% massique de matière sèche, dont notamment le polymère hydrosoluble, du sulfate d'ammonium et des polymères dispersants.
  • Différentiation compositions E et C : Les compositions sont diluées_à 5 g/L dans de l'eau déionisée. Pour la composition E, on obtient une suspension turbide qu'on laisse décanter dans un tube jusqu'à obtenir un dépôt opalescent au fond du tube et un surnageant limpide. Le dépôt opalescent représente l'accumulation des particules de polymère hydrogonflable P1.
  • Pour la composition C, la dilution à 5 g/L conduit directement à une solution limpide et visqueuse. Le polymère P2 est complètement dissous.
    • EXEMPLE 1 Dépose à la coucheuse de laboratoire sur feuille sèche :
  • On utilise un carton plat industriel de 110 g/m2 dont les performances mécaniques correspondent à l'essai « blanc » lorsqu'il n'est pas traité.
  • Comme essai de référence, on dépose sur celui-ci, grâce à la coucheuse de laboratoire (barre filetée n°3), un lait d'amidon de blé natif à 18% de matière sèche.
  • On reproduit cette dernière opération, toutes choses étant égales par ailleurs, en préparant au préalable à la dépose, les mélanges lait d'amidon de blé natif/ dispersion de polymère de manière à substituer 5% de la matière sèche de l'amidon par la même quantité en matière sèche de polymère P1 ou P2 (par ajout des quantités respectives requises des compositions E et C). [Tableau 2]
    Cohésion interne (ft.lbs/in2) Indice d'éclatement % d'Amélioration de l'éclatement / Blanc
    Blanc NA 1,82 NA
    Amidon (100%) 30 2,13 17,0
    Amidon/P2 (95/5) 105 2,37 29,9
    Amidon/P1 (95/5) 140 2,59 41,9
  • Le fait d'additiver de l'amidon natif avec des polymères synthétiques apporte un gain indéniable en termes de performances de résistances mécaniques du papier, ici la résistance à la délamination (cohésion interne), ainsi que la résistance à l'éclatement. Mais surtout, on observe clairement ici l'intérêt tout particulier à l'utilisation du polymère hydrogonflable P1 en lieu et place du polymère hydrosoluble P2.
    • EXEMPLE 2 Dépose par spray sur feuille humide :
  • On prépare trois feuilles selon la procédure décrite précédemment :
    • une première feuille sans traitement (Blanc),
    • la deuxième en déposant l'équivalent de 0,38 g/m2 d'amidon de blé natif.
    • La troisième en déposant l'équivalent de 0,374 g/m2 d'un mélange amidon de blé natif/P1 (90/10), soit une dépose respective de 0,34 g/m2 + 0,034 g/m2.
    [Tableau 3]
    Cohésion interne (ft.lbs/in2) Indice d'éclatement
    Blanc 50 2,28
    Amidon (0,38g/m2) 95 2,41
    Amidon (0,34 g/m2) 110 2,57
    P1 (0,034 g/m2)
  • Les performances de cohésion interne et d'éclatement sont clairement améliorées en substituant 10% de l'amidon natif par la même quantité de polymère hydrogonflable P1.

Claims (11)

  1. Procédé de traitement de la surface du papier, et/ou au moins une de ses couches, comprenant les étapes successives suivantes :
    i) Fournir une suspension aqueuse S de polysaccharide,
    ii) Fournir une dispersion aqueuse D comprenant (a) des particules d'au moins un polymère hydrogonflable anionique P et (b) au moins un composé choisi parmi un sel minéral, un sel organique, un polymère organique dispersant et leurs mélanges,
    iii) Mélanger la suspension S et de la dispersion D, pour obtenir un mélange M,
    iv) Appliquer le mélange M en surface du papier, et/ou d'au moins une de ses couches.
  2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le polysaccharide est choisi parmi l'amidon natif, l'amylose, l'amylopectine, la cellulose et les composés dérivés de la cellulose, les amidons modifiés tels que les amidons traités par voie enzymatique, les amidons hydrolysés, les amidons chauffés, les amidons cationiques, tels que ceux résultant de la réaction d'un amidon avec une amine tertiaire pour former un sel d'ammonium quaternaire, les amidons anioniques, les amidons amphotères; et toute combinaison de ceux-ci.
  3. Procédé selon les revendications précédentes caractérisé en ce que le polymère hydrogonflable anionique P est issu d'au moins 1 mol% d'au moins un monomère anionique hydrosoluble comprenant une double liaison éthylénique et au moins une fonction acide carboxylique ou sulfonique et d'au moins 5 mol % d'au moins un monomère non ionique choisi parmi l'acrylamide, le méthacrylamide et leurs dérivés, la vinylformamide et la N-vinylpyrrolidone.
  4. Procédé selon les revendications précédentes caractérisé en ce que le monomère anionique hydrosoluble est choisi parmi l'acide acrylique, l'acide méthacrylique et leurs sels, l'acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique et ses sels, l'acide itaconique et ses sels, l'acide allyl sulfonique et ses sels, l'acide methallyl sulfonique et ses sels.
  5. Procédé selon les revendications précédentes caractérisé en ce que le polymère anionique hydrogonflable P est un copolymère d'acrylamide et d'acrylate de sodium.
  6. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la dispersion D comprend de 5 à 60 % en masse, de préférence de 15 à 35 % en masse, de polymère anionique hydrogonflable P.
  7. Procédé selon les revendications précédentes caractérisé en ce que les particules de la dispersion D aqueuse ont un diamètre moyen allant de 0,1 et 1 000 µm, de préférence allant de 0,1 et 200 µm, plus préférentiellement allant de 0,1 et 20 µm.
  8. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la dispersion D comprend au moins un composé (b) choisi parmi :
    - les sels minéraux ou organiques comprenant au moins un anion choisi parmi les sulfates, les dihydrogénophosphates, les phosphates, les halogénures ; ou
    - les sels minéraux ou organiques comprenant au moins un cation choisi parmi le sodium, le potassium, l'ammonium, le magnésium, le calcium, l'aluminium ; ou
    - les mélanges d'au moins deux de ces sels ; ou
    - les polymères organiques dispersants choisis parmi les polymères ou les copolymères à base d'acide acrylique, d'acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique et leurs sels et d'acrylamide de poids moléculaire allant de1000 à 30 000 g.mol-1.
  9. Procédé selon l'une des revendications précédentes pour lequel la dispersion D comprend :
    - de 8 à 27 % en masse, de sel minéral ou de sel organique ; ou
    - de 5 à 20 % en masse, de polymère organique dispersant.
  10. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que pour l'étape iv), l'application en surface du papier et/ou d'au moins une de ses couches est effectuée par une coucheuse ou une barre de spray.
  11. Procédé selon les revendications précédentes caractérisé en ce que pour l'étape iv) l'application en surface du papier et/ou au moins une de ses couches se fait à une température comprise entre 10 et 100 °C.
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