FR2897280A1 - Procede pour fabriquer une emulsion de collage et procede de fabrication de papier utilisant cette emulsion - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé pour fabriquer une émulsion de collage à base d'anhydride alcényle succinique par ultrasons. L'invention concerne aussi un procédé de fabrication de papier comprenant une étape de collage dudit papier par de l'anhydride alcényle succinique. L'invention concerne également un dispositif adaptable sur une machine à papier pour fabriquer une émulsion de collage d'ASA.
Description
L'invention concerne un procédé pour fabriquer une émulsion de collage à
base d'anhydride alcényle succinique pour le collage du papier. L'invention concerne plus particulièrement un procédé pour fabriquer une émulsion de collage à base d'anhydride alcényle succinique par ultrasons. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un papier comprenant une étape de collage dudit papier par une émulsion de collage d'anhydride alcényle succinique. Dans l'industrie papetière, l'agent de collage est une substance ajoutée au papier afin de réduire la nature hydrophile de la cellulose et, notamment de permettre ainsi, d'augmenter sa résistance à la pénétration des encres d'impression-écriture. io L'agent de collage, connu aussi sous le nom de colle , peut être appliqué à la surface du papier ou directement incorporé à la masse de la pâte. Différent types d'agents de collage sont utilisés dans l'industrie papetière comme, par exemple, la gélatine, la colophane en combinaison avec le sulfate d'aluminium (connu sous le nom d'alun), qui sont parmi les plus répandus. 15 Cependant, ces colles ont un rôle non négligeable dans l'acidification du papier ce qui peut engendrer la dégradation des papiers. Des travaux de recherche dans ce domaine ont conduit à l'élaboration de colles non acides. Ainsi, l'utilisation d'alkyl-cétène-dimère, encore connu sous l'abréviation AK.D , qui consiste en une dispersion de particules de cire émulsionnées dans de l'eau que l'on introduit 20 dans les pâtes à papier en milieu neutre ou alcalin, est devenue très répandue dans l'industrie papetière. L'anhydride alcényle succinique, appelé communément ASA , connu pour être un agent très réactif, est une de ces colles capables de développer des performances de collage dans des conditions en partie humide préférentiellement neutres ou alcalines. En effet, la vitesse de réaction de l'ASA 25 avec la cellulose est très rapide, ce qui entraîne un collage rapide du papier. Mais à température ambiante, l'ASA se présente sous la forme d'un liquide huileux très peu soluble dans l'eau avec un niveau d'hydrophobie très élevé. L'ASA doit en conséquence être émulsifié dans l'eau pour former une émulsion qui est ensuite ajoutée à la pâte à papier durant le processus de fabrication du papier sur la 30 machine à papier ou appliquée à la surface du papier.
L'une des caractéristiques du collage du papier par une émulsion de collage d'ASA est que l'ASA est en général mis en émulsion sur le site même de production au moyen d'équipement spécifique du fait de la forte réactivité de l'ASA avec l'eau. En effet, une fois préparée, l'émulsion de collage à base d'ASA doit être utilisée rapidement afin d'éviter tout risque d'hydrolyse (et la formation d'hydrolysas). L'incorporation d'une émulsion de collage à base d'ASA à la masse de la pâte à papier durant le processus de fabrication du papier ou l'application d'une telle émulsion à la surface du papier sur la machine à papier nécessite la production io d'une émulsion de collage stable et de qualité. En effet, la réussite du collage est étroitement liée à la stabilité et à la qualité de l'émulsion, et notamment à la taille des particules de l'émulsion de collage. Le diamètre moyen de taille de particules de l'émulsion de collage d'ASA est un des paramètres essentiels pour obtenir une bonne stabilité de l'émulsion et une bonne 15 efficacité de collage. Ainsi, une émulsion présentant un diamètre moyen de taille de particules compris dans un intervalle allant de 0,5 m à 2 m, préférentiellement allant de 0,5 m à 1,5 m, plus préférentiellement de l'ordre de 0,5 p.m à 1 m, est particulièrement stable et à même d'être efficace pour un bon collage du papier. 20 De plus, pour stabiliser une émulsion d'ASA, on réalise généralement cette émulsion en présence d'une solution aqueuse de polymères cationiques solubles dans l'eau (-suspension colloïdale-) tels que les amidons cationiques, les polyamines ou les polyacrylamides. Il est connu de l'état de la technique de préparer des émulsions de collage au 25 moyen de techniques à fort cisaillement. Des pompes ou turbines à fort cisaillement sont couramment utilisées dans l'industrie papetière pour préparer des émulsions de collage d'ASA, sur le site de production.
L'utilisation de ces techniques à fort cisaillement pour préparer des émulsions de collage stables et de qualité présente toutefois certains inconvénients ou contraintes. L'un des inconvénients est qu'une pompe à haut cisaillement nécessite une re- circulation du mélange à l'intérieur de ladite pompe pour obtenir une émulsion de collage avec une taille de particules suffisamment petite, de l'ordre de 0,5 m à 5 m. L'ajout d'agents émulsifiants tels que des tensioactifs permet de réduire le besoin en énergie mécanique requis par de telles pompes et favorise l'obtention d'une émulsion fine, toutefois une quantité trop importante de tensioactifs tend à io diminuer la performance de collage de l'émulsion. Par conséquent, il s'avère nécessaire de limiter la quantité de tensioactifs à utiliser. Dans de nombreux cas, les colles sont commercialisées en mélange avec des agents émulsifiants tels que des tensioactifs. De plus, la re-circulation successive de fluides dans ce type de pompe entraîne un 15 échauffement du système. Cet échauffement à l'intérieur du système ne doit pas dépasser une température limite de 60 C, préférentiellement de 55 C, température au-delà de laquelle l'émulsion de collage d'ASA n'est plus stable et risque de s'hydrolyser. Il convient de noter que ce type d'équipement complexe, encombrant et 20 relativement coûteux ne convient pas pour la préparation de faibles quantités d'émulsions de collage parfois utiles pour le collage de papier sur des machines de faibles capacités par exemple d'une tonne/heure. Il est également connu de la demande de brevet EP 0 961 856 des compositions de collage à base d'anhydride alcényle succinique qui peuvent être émulsifiées soit à 25 faible cisaillement, soit à fort cisaillement et leurs procédés de préparation, ces compositions étant utilisées pour la fabrication du papier. Cette demande propose entre autre un procédé de fabrication d'une émulsion d'anhydride alcényle succinique comprenant (a) de l'anhydride alcényle succinique, (b) environ 3 % à environ 20 % en poids, sur ledit anhydride alcényle succinique, d'une amine sélectionnée parmi le groupe constitué d'amine trialkyle de formule (I), de sel quaternaire diméthyle sulfate d'amine trialkyle de formule (I), de sel quaternaire de chlorure de benzyle d'amine trialkyle de formule (I) et de sel quaternaire de diéthyle sulfate d'amine trialkyle de formule (I), ou un sel acide quelconque desdites amines, Ri R2 N (I) R3 où RI est un méthyle ou éthyle, R2 est un méthyle ou éthyle et R3 est un alkyle ayant de 14 à 24 atomes de carbone ou un sel acide d'une quelconque desdites amines, (c) l'eau et (d) un sel inorganique, pour former une émulsion, dans laquelle le sel inorganique est présent en une quantité efficace pour réduire la taille des gouttelettes de ladite émulsion et dans laquelle ladite émulsion a un pH efficace pour proposer une taille des gouttelettes moyennes de l'émulsion d'environ 3 pm ou moins. Cependant, il subsiste un besoin pour des émulsions de collage stables qui puissent être émulsifiées au moyen d'équipement de manipulation relativement aisée, ne nécessitant pas un apport d'énergie mécanique susceptible d'échauffer le milieu, et ce à moindre coût. Afin de palier les divers inconvénients précités, l'invention se propose de fournir un procédé pour fabriquer une émulsion de collage à base d'ASA stable et de qualité qui comprend une étape de transformation par des ultrasons. Ceci permet d'obtenir une émulsion stable de fines particules avec un diamètre moyen suffisamment petit sans risque d'échauffement du milieu, et ce au moyen d'un équipement de manipulation relativement aisée et à moindre coût. L'invention a donc pour objet un procédé pour fabriquer une émulsion de collage 30 à base d'anhydride alcényle succinique qui se caractérise en ce qu'on utilise les ultrasons pour fabriquer la dite émulsion.
Plus particulièrement, ledit procédé pour fabriquer une émulsion de collage à base d'anhydride alcényle succinique (ASA) se caractérise en ce que : a) dans une première étape, on mélange de l'anhydride alcényle succinique (ASA) et de l'eau pour former un milieu liquide, et b) dans une deuxième étape, on transforme par des ultrasons le milieu liquide issu de la première étape (a) en une émulsion. Selon l'invention, l'émulsion issue de la deuxième étape (b) du procédé comprend majoritairement des particules ayant un diamètre moyen compris dans un intervalle allant de 0,5 m à 2 m, préférentiellement compris dans un intervalle allant de 0, 5 m à 1,5 m, plus préférentiellement de l'ordre de 0,5 m à 1 m. On peut citer à titre de colles d'ASA utiles dans la présente invention, les anhydrides alcényle succiniques (ASA) dont la double liaison se situe en n'importe quel endroit de la chaîne carbonée quelque soit la longueur de la chaîne carbonée linéaire ou ramifiée, de préférence ayant une chaîne carbonée linéaire ou ramifiée de 12 à 18 atomes de carbone, plus préférentiellement de 16 à 18 atomes de carbone, ou leurs mélanges. De plus, la stabilité de la composition d'anhydride alcényle succinique (ASA) peut être améliorée par un polymère cationique naturel ou synthétique soluble dans l'eau. A titre de polymères cationiques naturels, on peut citer par exemple les amidons cationiques tels que l'amidon de maïs, l'amidon de pomme de terre ou l'amidon de blé. A titre de polymères cationiques synthétiques, on peut citer, par exemple, les polyacrylamides, les polyamines. Une émulsion de collage d'anhydride alcényle succinique (ASA) selon l'invention pourra, par exemple, être formée à partir d'ASA et d'amidon cationique en solution dans de l'eau.
Les polymères cationiques naturels ou synthétiques peuvent être ajoutés à l'ASA et l'eau avant ou après la mise en émulsion de l'étape (b). Selon un cas particulier de l'invention, les polymères cationiques solubles dans l'eau peuvent être ajoutés à l'ASA et/ou l'eau lors de la première étape (a) du procédé. Selon un cas plus particulier, le polymère cationique est mis en solution dans l'eau. Ainsi, lors de la première étape (a) du procédé, on mélange l'anhydride alcényle succinique (ASA) à une solution aqueuse de polymères cationiques afin de former un milieu liquide homogène, stabilisé. Lors de la première étape (a) du procédé, l'ASA est mélangé à de l'eau ou à une s solution aqueuse de polymères cationiques solubles au moyen d'un mélangeur qui peut être un mélangeur statique, par exemple, un mélangeur statique en forme de T. Conformément à la deuxième étape (b) du procédé de l'invention, la transformation par des ultrasons du milieu liquide homogène, préférentiellement io stabilisé, issu de la première étape (a) dudit procédé est réalisée dans un compartiment à ultrasons. Ce compartiment à ultrasons peut se présenter sous diverses formes. Il peut être fermé, par exemple, sous la forme d'un tube à ultrasons. Il peut être ouvert, par exemple, sous la forme d'une cuve comprenant une sonde à ultrasons plongeante ou comprenant des parois équipées de 15 transducteurs. Selon un cas particulier de l'invention, lorsque le compartiment à ultrasons est un tube à ultrasons, le milieu liquide homogène issu de l'étape (a) peut être transformé en une émulsion de collage d'ASA ayant un diamètre moyen de taille de particules compris entre 0,5 m et 2 m après une seule exposition aux 20 ultrasons émis par ledit tube à ultrasons, c'est-à-dire après un seul passage du milieu liquide à l'intérieur du tube à ultrasons. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un papier comprenant une étape de collage dudit papier par de l'ASA qui se caractérise en ce que le collage est réalisé au moyen d'une émulsion de collage d'ASA obtenue 25 selon le procédé de fabrication d'une émulsion tel que décrit précédemment. Selon l'invention, le collage du papier peut être réalisé en masse ou en surface. Selon l'invention, l'émulsion de collage d'ASA peut être introduite en un point quelconque de la partie humide de la machine à papier.
Dans le cas d'un collage en masse, l'émulsion d'ASA selon l'invention pourra par exemple être introduite avant la caisse de tête de la machine à papier. L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'un papier comprenant le procédé pour fabriquer une émulsion de collage à base d'anhydride alcényle 5 succinique (ASA) tel que défini précédemment. L'invention a également pour objet un dispositif adaptable sur une machine à papier pour fabriquer une émulsion de collage d'ASA, qui se caractérise par le fait qu'il comprend un compartiment à ultrasons. Le compartiment à ultrasons dudit dispositif selon l'invention permet l'obtention 10 d'une émulsion de collage d'ASA dont le diamètre moyen de taille de particules est compris dans un intervalle allant de 0,5 m à 2 m, et ce après exposition du milieu liquide constituant ladite émulsion aux ultrasons émis par ledit compartiment. Comme décrit précédemment, le compartiment à ultrasons peut être fermé, par 15 exemple, sous la forme d'un tube à ultrasons. Il peut tout aussi bien être ouvert, par exemple, sous la forme d'une cuve comprenant une sonde à ultrasons plongeante ou comprenant des parois équipées de transducteurs. Selon un cas particulier de l'invention, le compartiment à ultrasons est un tube à ultrasons, plus particulièrement un tube muni de transducteurs, capable de fournir 20 une énergie suffisante pour transformer le milieu liquide le traversant en une émulsion de collage avec un diamètre moyen de taille de particules compris dans un intervalle allant de 0,5 m à 2 m. L'alimentation et la sortie en milieu liquide du compartiment à ultrasons du dispositif est réalisée par l'intermédiaire de tubulures enfichées au niveau dudit 25 compartiment à ultrasons. Une disposition appropriée des tubulures d'entrée et de sortie de milieu liquide sur le compartiment à ultrasons permet d'obtenir une homogénéité de circulation du milieu liquide à l'intérieur dudit compartiment. Selon un cas particulier, la tubulure d'entrée du milieu liquide est enfichée au niveau du compartiment à ultrasons de telle sorte que cette tubulure est enfichée selon un angle de 180 C par rapport à la tubulure de sortie du milieu liquide dudit compartiment. Selon un mode de réalisation préféré, ledit dispositif pour fabriquer une émulsion de collage d'ASA comprend en outre un mélangeur, de préférence un mélangeur statique. En effet, comme explicité précédemment, préalablement à la mise en émulsion de l'ASA dans le compartiment à ultrasons du dispositif, l'ASA, éventuellement stabilisée par un polymère cationique naturel ou synthétique soluble dans l'eau, et l'eau sont intimement mélangés dans ledit mélangeur du dispositif pour former un milieu liquide homogène. Selon un cas particulier de io l'invention, ledit mélangeur est un mélangeur statique en forme de T. Dans un mode de réalisation particulier dudit dispositif selon l'invention, le milieu liquide homogène, éventuellement stabilisé, issu du mélangeur est acheminé par l'intermédiaire d'une tubulure d'entrée à l'intérieur du compartiment à ultrasons pour y être émulsionné, ladite tubulure d'entrée du compartiment à ultrasons étant 15 reliée par l'une de ses extrémités au mélangeur, de préférence statique et en forme de T, situé en amont du compartiment à ultrasons. Ainsi, le milieu liquide homogène dynamique circule à l'intérieur du compartiment à ultrasons dans lequel il est transformé par les ultrasons en une émulsion stable et homogène, et sort dudit compartiment par l'intermédiaire de la 20 tubulure de sortie, située de préférence à l'extrémité opposée de la tubulure d'entrée, sous la forme d'une émulsion ayant un diamètre moyen de taille de particules compris dans un intervalle allant de 0,5 m à 2 m. Ladite émulsion peut être introduite en un point quelconque de la partie humide de la machine à papier pour permettre le collage du papier. 25 L'exemple non limitatif suivant permettra de mieux comprendre l'invention.
Exemple de préparation d'une émulsion de collage d'ASA selon l'invention: 2,9g/1 d'Anhydride succinique octadécènyle (sous forme C18 pur) commercialisé par la société Raisio et 2,9g/1 d'amidon cationique de fécule commercialisé par la société Avebe passent ensemble dans un mélangeur statique en forme de T et en s sortent sous la forme d'un mélange de ratio ASA-Amidon égal à 1 et de concentration finale égale à 5,8g/l. Ce mélange ASA-Amidon est acheminé en continu dans un tube à ultrasons inox 316L muni de deux sources ultrasons de fréquence de 25kHz et de puissance ajustable (600Watts maximum), commercialisé par la société Sinaptec, où il est io soumis à une puissance ultrasons équivalente à 79Watts/seconde/litre. L'émulsion de collage d'ASA résultante présente un diamètre moyen de taille de particules de environ 1 m.
Ladite émulsion est introduite à une suspension à base de fibres cellulosiques 15 avant la caisse de tête de la machine à papier pour permettre le collage en masse du papier en cours de fabrication.
Claims (18)
1. Procédé pour fabriquer une émulsion de collage d'anhydride alcényle succinique, appelé ASA, caractérisé en ce qu'on utilise les ultrasons pour 5 fabriquer la dite émulsion.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que : a) dans une première étape, on mélange un anhydride alcényle succinique et de l'eau pour former un milieu liquide, et to b) dans une deuxième étape, on transforme par des ultrasons ledit milieu liquide issu de la première étape a) en une émulsion.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'émulsion comprend majoritairement des particules ayant un diamètre moyen compris 15 dans un intervalle allant de 0,5 m à 2 m, préférentiellement compris dans un intervalle allant de 0,5 à 1,5 m, plus préférentiellement de l'ordre de 0,5 à 1 m.
4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on ajoute un 20 polymère cationique soluble dans l'eau à l'ASA et/ou à l'eau.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on ajoute ledit polymère cationique à la première étape a). 25
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit polymère cationique est en solution dans l'eau.
7. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on ajoute ledit polymère cationique après la deuxième étape b) de mise en émulsion. 30
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le polymère cationique est un polymère cationique naturel, en particulier un amidon cationique.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'amidon cationique est choisi parmi l'amidon de maïs, l'amidon de pomme de terre ou l'amidon de blé.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce io que le polymère cationique est un polymère cationique synthétique, en particulier choisi parmi les polyacrylamides, les polyamines.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que le mélange de la première étape a) est réalisé dans un mélangeur, de 15 préférence un mélangeur statique.
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le mélangeur statique est en forme de T. 20
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 12, caractérisé en ce que la transformation par des ultrasons de la deuxième étape b) est réalisée dans un compartiment à ultrasons.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que ledit compartiment 25 à ultrasons est un tube à ultrasons.
15. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que ledit compartiment à ultrasons est une cuve comprenant une sonde à ultrasons plongeante.
16. Procédé de fabrication d'un papier comprenant une étape de collage dudit papier par de l'ASA, caractérisé en ce que le collage est réalisé au moyen d'une émulsion de collage d'ASA issue du procédé pour fabriquer une émulsion tel que défini aux revendications 1 à 15.
17. Procédé de fabrication de papier comprenant le procédé pour fabriquer une émulsion de collage à base d'anhydride alcényle succinique tel que défini aux revendications 1 à 15. 10
18. Dispositif adaptable sur une machine à papier comprenant un compartiment à ultrasons pour fabriquer une émulsion de collage d'ASA obtenue selon le procédé tel que défini aux revendications 1 à 15. 15
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