WO1997030215A1 - Utilisation de pulpes de betterave a sucre dans la fabrication de papier ou de carton - Google Patents

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WO1997030215A1
WO1997030215A1 PCT/FR1997/000224 FR9700224W WO9730215A1 WO 1997030215 A1 WO1997030215 A1 WO 1997030215A1 FR 9700224 W FR9700224 W FR 9700224W WO 9730215 A1 WO9730215 A1 WO 9730215A1
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WO
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pulps
fermented
approximately
paper
pulp
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PCT/FR1997/000224
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English (en)
Inventor
Emile Wong
Massimo Bregola
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Eridania Beghin-Say
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/02—Material of vegetable origin
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H11/00—Pulp or paper, comprising cellulose or lignocellulose fibres of natural origin only
    • D21H11/12—Pulp from non-woody plants or crops, e.g. cotton, flax, straw, bagasse

Definitions

  • the present invention relates to the use of fermented sugar beet pulps in the manufacture of paper or cardboard.
  • the present invention also relates to a process for manufacturing fermented beet pulps.
  • the present invention describes a method for processing beet pulps to obtain a product having good characteristics as a substitute ingredient in the manufacture of paper.
  • Paper is a film made up of a network of individual welded fibers. In general, its manufacture goes through a wet process which involves cellulosic fibers. Paper pulp is produced from wood and the composition varies according to the qualities of paper. The sheet is formed after draining a uniform deposit on a canvas provided for this purpose. The long fibers (obtained from hardwood) allow the formation of a network in which the short fibers are deposited (obtained from softwood) and the whole contributes to the mechanical resistance of the material formed after drying. Additives and bulking agents are very often used to improve characteristics such as appearance, porosity and surface condition.
  • Beet pulp is a by-product of the sugar beet processing industry.
  • the beets are grated and the sugar is extracted with water. This is followed by pressing in order to increase the dry matter content to around 25 to 30%.
  • the main components of beet pulp are on average cellulose (27%),
  • Fackcellulose (29%), pectin (29%), the minor components being sugar (3%), lignin (3%) and ash (4%). These components together form the characteristic cellular structure of beet pulp. This structure consists of parenchymal cells held together and linked transversely by xylem and tubular phloem.
  • Patent EP 0102 829 teaches a method of separating polymers from plant materials containing parenchymal cells under extreme pH conditions and at an elevated temperature for a short reaction time.
  • the isolated cellulosic material called PCC (Parenchymal Cell Cellulose)
  • PCC Parenchymal Cell Cellulose
  • Patent CS 0174 308 describes a method of manufacturing paper from arabinose extraction residues from beet pulps.
  • Patent EP 0139 658 discloses a method of depectinization and dehydration of raw beet pulps.
  • the raw pulps impregnated with acidified water are subjected to an alternating succession of compression and decompression stages. Mechanical work produces a kind of retting of the pulp fibers.
  • the fibers separate from each other, their directional arrangement disappears and the pectins are dissolved.
  • the dried end product is suitable for papermaking. Only one industrial process using beet pulps for papermaking without any prior extraction has been described.
  • Patent EP 0644 293 discloses a process for grinding the dried pulps and the use of these crushed pulps as a filler for the paper.
  • the dried pulps are crushed and micronized.
  • the resulting product is tested and used in papermaking on an industrial scale.
  • the characteristics of the paper obtained are comparable with those of paper produced according to the same process but without the beet pulps.
  • the pulps are dried and the final filler product is therefore not commercially competitive compared to other by-products such as sawdust or straw. Since papermaking is a wet process, it does not seem useful to dry the load which must be rewetted later.
  • the present invention relates to the use of fermented beet pulps in the manufacture of paper. More particularly, this invention relates to a method for preparing a product derived from sugar beet pulps, which can be added to the pulp so as to decrease the need for raw materials traditionally used in the manufacture of paper.
  • the invention describes paper or cardboard containing beet pulp.
  • the present invention also describes a process for obtaining a preparation of fermented beet pulps comprising the following stages: the beet pulps are ensiled under conditions giving rise to lactic fermentation, - the fermented pulps are diluted, the fermented pulps diluted with moderate mechanical shearing.
  • Silage is carried out according to known methods with pulps preferably containing 15 to 35% of dry matter. Silage is continued until the pH is at least below about 5 and above about
  • lactic acid in quantity varying according to the sugars available.
  • concentration of lactic acid generally varies from 1 to 10% of the dry matter of beet pulp.
  • the pulps are diluted to 1 to 10% of dry matter before moderate mechanical shearing. The shearing must be carried out in order to obtain an adequate distribution of the dimensions of the fermented pulps.
  • the present invention describes a paper or cardboard composition
  • a paper or cardboard composition comprising from 1 to 50% and preferably from 2 to 25% (expressed as dry matter) of fermented beet pulps.
  • the optimal amounts of fermented pulp added depend on the type of paper or cardboard that is manufactured and their desired characteristics. It is nevertheless preferable to replace wood fibers or old paper with at least 10% (dry matter) of fermented pulps.
  • the fermented beet pulps are obtained according to the process of the invention.
  • the present invention reveals that the resistance of paper and cardboard, measured by different parameters, is considerably increased by the replacement of a certain amount of the wood pulp normally used by the fermented beet pulps of the invention.
  • fermented beet pulps whose distribution of dimensions is suitable.
  • the diameter of the fraction of fermented beet pulps used for the production of cardboard is less than 1000 micrometers and preferably between 150 and 250 micrometers.
  • the present invention also makes it possible to reduce the draining time by the addition of flocculants.
  • Such flocculants can be chosen from the flocculants usually used for the treatment of waste water.
  • the flocculants used in the present invention are preferably cationic polymers with a high molecular weight (greater than 1 million).
  • the present invention describes various kinds of paper and cardboard which contain the fermented beet pulps. These include white paper, recycled paper (brown) and corrugated cardboard.
  • the present invention discloses that after fermentation under these conditions, it is easier to separate the parenchymal cells and obtain, by moderate mechanical wet shearing, a product suitable for papermaking. In this way it is possible to obtain a suspension of cut xylem and phloem and separate parenchymal cells which is suitable for direct incorporation into the final wet papermaking process.
  • the invention describes a process for obtaining a composition of fermented beet pulps comprising the following steps:
  • the diluted fermented pulps are subjected to moderate mechanical shearing.
  • composition of fermented sugar beet pulps in the manufacture of paper or cardboard can be considered in particular as a substitution for short wood fibers.
  • Silage is carried out according to known methods with pulps preferably containing 15 to 35% of dry matter. Silage is continued until the pH is at least below 5. The pulps are diluted to a dry matter content of 1 to 10% before moderate mechanical shearing.
  • One way to treat fermented pulps is to lower the dry matter content of the pulps from 15-35% to 1-10% by adding water or white water from the paper manufacturing circuits. Subsequently, the suspension is subjected to mechanical treatment.
  • the mechanical treatment can be carried out with different devices and the resulting product preferably has a distribution of its dimensions which makes it ideally suitable for use in the production of paper or cardboard.
  • the treatment can be shearing or grinding.
  • Known beet pulp treatments such as alternate compression and decompression and so-called "steam explosion" are not necessary.
  • the mechanical treatment can be carried out directly during the mechanical pulping of the dough if a pulping or refining step is carried out.
  • the use of the fermented beet pulps of the invention therefore does not require significant investment in most of the existing paper production installations.
  • Beet pulps have an ivory white color and become greyish due to enzymatic phenomena or degradation by heat.
  • the present invention reveals that such a blanching does not adversely modify the characteristics of the fermented beet pulps.
  • the heterogeneous suspension can be bleached with H2O2 or NaCIO when a whiter product is desired; in this case, the bleaching agent can be added directly during the dilution of the fermented pulps preceding the mechanical treatment.
  • the heterogeneous material obtained consisting of separate cells and short xylem and phloem fibers, was used in a pulp formulation; laboratory formulas were shaped and their properties evaluated in comparison with a control.
  • the present invention describes a paper or cardboard composition
  • a paper or cardboard composition comprising fermented beet pulps. Fermented beet pulps are used as an organic ingredient that improves the strength characteristics of the finished product.
  • the amount of fermented beet pulp is 0 to 50% and preferably between 2 and 25% by weight of the dry matter of the ingredients of paper or cardboard.
  • the optimum quantities of fermented beet pulp added depend on the type of paper or cardboard produced and their desired characteristics. It has been shown that replacing 15% of waste paper with fermented beet pulp is feasible.
  • the fermented beet pulps are preferably prepared according to the process of the invention.
  • the process of the invention does not employ chemical treatment of the fermented beet pulps.
  • the process makes it possible to manufacture paper and cardboard without producing additional chemical waste.
  • the properties of the final paper sheets differ in complex ways depending on the type of wood pulp tested. In general, there are improvements in opacity, length at break, tear strength and "Dennison". At the same time, the drip time and the Shopper Riegler indices are increased for all the samples while the Bendtsen porosity is greatly reduced, and finally the gloss is less while bleaching as described above leads to an improvement. .
  • the present invention reveals that the resistance of paper and cardboard obtained by adding a certain amount of fermented beet pulp is considerably increased. It is preferable to master the reduction in the dimensions of the fermented beet pulps before using them in the preparation of the dough, so as to avoid the excessive increase in the draining time of such a dough. It has been shown that the preferred diameter of the fermented beet pulps is less than 1000 micrometers and more particularly from 150 to 250 micrometers for the preparation of corrugated cardboard.
  • Example 1 teaches that before using the fermented beet pulps, it is necessary to check whether the fermentation has been carried out, that is to say if the fermented product has not been degraded.
  • the pH and the amount of lactic acid formed are possible measures of the condition of beet pulp.
  • a formulation of the ingredients of the acidic paper type was used to prepare sheets of paper. The composition of the paper was changed so that 10% of the fibers were replaced by fermented beet pulp.
  • Example 1 the resistance of the paper expressed in terms of breaking length, internal cohesion and tear resistance is considerably increased.
  • Example 2 shows that it is possible to easily adapt the composition of the paper pulp in the case where it is necessary to use fermented beet pulps in an existing paper manufacturing process. The various means of mechanical processing of the paper pulp do not have a critical influence on the characteristics of the paper obtained.
  • Example 3 the use of fermented beet pulp was evaluated as an additive substitute in the manufacture of corrugated cardboard. If 10% dry matter of fermented beet pulp is used with 90% dry matter of a formulation without wood pulp, we obtain cardboard with the desired resistance characteristics.
  • the fermented beet pulps have an adverse effect on the gloss of the finished product, it was assessed whether the bleaching of the product containing the fermented beet pulps was possible without adversely affecting the strength characteristics. As can be seen in example 4, the Tear strength and length at break remain high after laundering.
  • Example 5 shows that when the fermented beet pulps are crushed and sieved and then mixed with old paper, the draining time is only slightly increased (sample 2) compared to the old paper which is subjected to pulping. traditional (control), if the diameter of the product is between 150 and 250 micrometers. It can also be seen that the strength properties are influenced by the size of the fermented beet pulps. The sieving of fermented beet pulps leads to resistance properties slightly lower than those of unscreened fermented beet pulps, but both are considerably higher than the values measured on the wood pulp.
  • Example 6 shows that cationic flocculants with high molecular weight, usually used for the treatment of waste water are effective as drainage additives.
  • the suspension of beet pulp flocculated by these chemicals leads to a paper composition having a considerably reduced draining time compared to that of a paper composition containing non-flocculated beet pulps.
  • the expression "reduced draining time” corresponds to the draining time of a paper composition in which there is no beet pulp.
  • flocculants are very effective despite the dimensions of the refined beet pulp.
  • a further improvement in drainage time can be obtained by adding the flocculants to the sifted beet pulps so as to combine the effects of Examples 5 and 6, namely the sieving of the beet pulps and the use of a flocculant.
  • the invention relates to the use of fermented sugar beet pulps for the preparation of paper or cardboard.
  • the invention relates to a composition of fermented sugar beet pulps as obtained by the process comprising the following steps: a) sugar beet pulps are ensiled under suitable conditions to give rise to lactic fermentation, and in particular until the pH is less than approximately 5 and advantageously greater than approximately 3.5 in order to obtain fermented pulps, b) the fermented pulps are diluted, in particular until the material content dry is from about 1% to about 10%, c) the diluted fermented pulps are subjected to a mechanical treatment, in particular a shearing, making it possible to separate the parenchymal cells contained in the pulps and to obtain a dimension of the pulps less than approximately 1000 micrometers, d) optionally: - the fermented pulps obtained at the end of step a) to a simultaneous blanching in step b), or
  • the invention relates to a composition of fermented sugar beet pulps defined above as obtained by a process comprising the steps defined above, in which the ensilage is carried out with pulps sugar beet with a dry matter content of about 15 to about 35%.
  • the invention relates to a composition of fermented sugar beet pulps defined above, in which the size of the beet pulps is less than 250 micrometers, and in particular less than 150 micrometers.
  • the invention also relates to a process for the preparation of a composition of fermented sugar beet pulps comprising the following steps: a) silage of sugar beet pulps under suitable conditions to give rise to lactic fermentation, and in particular up to 'the pH is less than about 5 and advantageously more than about 3.5 to obtain fermented pulps, b) the fermented pulps are diluted, in particular until the dry matter content is approximately 1% at around 10%, c) the diluted fermented pulps are subjected to a mechanical treatment, in particular shearing, making it possible to separate the parenchymal cells contained in the pulps and to obtain a pulp dimension of less than approximately 1000 micrometers, d) optionally subject:
  • step b) the fermented pulps obtained at the end of step a) to a simultaneous blanching in step b), or
  • the invention relates to paper or cardboard comprising from approximately 1 to approximately 50% and preferably from approximately 2 to approximately 25%, expressed relative to the dry materials, of a pulp composition of sugar beet fermented according to the invention.
  • the invention relates to paper or cardboard defined above, characterized in that the fermented sugar beet pulps have a size of less than 1000 micrometers, and preferably ranging from approximately 150 to approximately 250 micrometers.
  • flocculants can be added to the suspension of fermented beet pulps used for papermaking.
  • These flocculants are chosen from those available on the market, more particularly on the market for waste water treatment products. More specifically, the high molecular weight cationic polymers are effective in improving the drainage of the paper preparation.
  • the invention relates to paper or cardboard defined above, characterized in that the fermented sugar beet pulps are blanched.
  • the invention also relates to a process for preparing paper or cardboard according to the invention, characterized in that: a) sugar beet pulps are ensiled under conditions suitable for giving rise to lactic fermentation, and in particular up to that the pH is less than about 5 and advantageously more than about 3.5 to obtain fermented pulps, b) the fermented pulps are diluted, in particular until the dry matter content is approximately 1% to approximately 10%, c) the diluted fermented pulps are subjected to a mechanical treatment, in particular shearing, making it possible to separate the parenchymal cells contained in the pulps and to obtain a pulp dimension of less than approximately 1000 micrometers, d) optionally:
  • step b) the fermented pulps obtained at the end of step a) to a simultaneous blanching in step b), or
  • step c) the fermented pulps obtained at the end of step c) in a bleaching process, e) at a rate of about 1 to about 50%, and preferably about
  • step c) or step e), preferably after step c).
  • the addition of flocculant can be done at the end of step c) defined above, that is to say after the shearing of the fermented pulps or after step e), it is that is to say after incorporating the diluted fermented pulps sheared into the traditional materials of paper pulp or cardboard.
  • the addition of the flocculant is done at the end of step c).
  • the invention also relates to a process for preparing paper or cardboard according to the invention, characterized in that: a) sugar beet pulps are ensiled under conditions suitable for giving rise to lactic fermentation, and in particular up to that the pH is less than about 5 and advantageously more than about 3.5 to obtain fermented pulps, b) the fermented pulps are diluted, in particular until the dry matter content is approximately 1% to approximately 10%, c) there is incorporated in an amount of about 1 to about 50%, and preferably about 2 to about 25%, expressed relative to the dry materials, of the composition obtained at the end of step b ) to the traditional raw materials of paper pulp or cardboard, d) possibly:
  • step b) the fermented pulps obtained at the end of step a) to a simultaneous blanching in step b), or
  • a pulping or refining of the composition obtained at the end of step c) or d) is carried out in combination with a mechanical treatment , in particular shearing, allowing the separation of the parenchymal cells contained in the fermented beet pulps and obtaining a pulp size of less than about 1000 micrometers,
  • the opacity is defined with respect to DIN 53146
  • the gloss is defined with respect to DIN 53145 part II
  • the length at break is defined with respect to DIN 53112 Part I
  • internal cohesion is defined with respect to DIN 54516
  • tear resistance is defined with respect to DIN 53115
  • Bendtsen porosity is defined with respect to DIN 53120 Part I
  • CMT is defined by compared to DIN 53143
  • Dennison is defined in the TAPPI Journal 459om-88
  • the draining time and the degree of refinement are defined in the Zellcheming Journal No. V / 7/61.
  • Lactic acid / dry matter 8 65% Lactic acid / total acids 71, 00%
  • the long fibers come from soft wood such as pine wood and have a dimension of approximately 3.5 to 4.8 mm and the short fibers come from hard wood such as birch wood and have a dimension of about 0.7 to about 1.7 mm.
  • the sample was prepared by mixing short and long fibers and beet pulps in the proportions indicated. The degree of refinement was that indicated in Table 3. The characteristics of the papers obtained are determined by standard methods. The sample containing beet pulps from the reference stock, MB, showed a significant improvement in the resistance indices and a slight increase in the draining time while the porosity was significantly reduced.
  • the fermented beet pulps were processed with an Escher Wiss refiner to check if the equipment normally used in a paper mill is effective enough to separate the parenchymal cells from the beet pulps without at the same time breaking the cells. The following tests have been carried out:
  • the witness consists of a formulation without wood pulp prepared with unselected corrugated paper plumped up to 30 ° SR.
  • Sample P showed the presence of rather large pieces while the other two samples, PR and MR, had pieces having dimensions comparable to those of the tests with the colloid mill.
  • the samples were evaluated, after the shaping of the formulas, having used for each of them 10% dry matter of fermented beet pulp and 90% of the formulation (*) without wood pulp.
  • the data were compared with 100% of a formulation without wood pulp (control) (*) and with a sample, MB1, containing 10% of material from the reference stock and 90% of the formulation (*) without pulp of wood.
  • Table 5
  • Indicator brown paper obtained by repulping unselected corrugated paper.
  • the maximum amount of beet pulp possible in the manufacture of corrugated board seems to be 10% because of the high value of the resulting drip time. Further improvement of drip characteristics could increase the amount of beet pulp in the dough.
  • the physical properties of the paper containing the fermented beet pulps were measured with test conditions.
  • the paper / fermented beet pulp mixture was pulped and refined with processing times that were only suitable for improving the paper, but without optimizing the processing time for the beet pulps.
  • no sieving step has been carried out, although this is necessary during the industrial production of paper. It is known that the dimensions of the paper fibers suitable for corrugated cardboard must be between 150 and 250 micrometers.
  • VP waste paper obtained by repulping unselected fluted paper
  • PBF fermented beet pulp
  • sample 2 shows that when the fermented beet pulps are crushed and sieved and then mixed with the waste paper, the draining time is only slightly increased (sample 2) compared to the waste paper which is subjected to traditional mechanical pulping (control ).
  • the draining time of sample 2 is in fact comparable to that of the control, while it is more than three times lower than that of sample 1.
  • the resistance properties are slightly affected by the dimensions of the fermented beet pulps.
  • sieved fermented beet pulps have resistance properties comparable to those of unscreened pulps and both are considerably higher than the values found for wood pulp.
  • This example shows that the dimensions of the beet pulps strongly influence the draining time and the resistance properties. It has been shown that a product is obtained containing fermented beet pulps which has appreciable physical properties and only a slight increase in the draining time.
  • Example 5 shows that the use of sieved fermented beet pulps ranging in size from 150 to 250 micrometers nevertheless leads to an increased draining time, although this increase is much less than when using pulp of unsifted fermented beets.
  • flocculants Another way to reduce drip time is to use flocculants.
  • High molecular weight cationic flocculants are capable of flocculating the beet pulp suspensions used for papermaking.
  • Zetag 89® from Allied Colloids
  • Bufloc 5327® and 5328® from Buckman
  • Floerger 4698® from SNF Floerger
  • products from the company Nalco The use of flocculated beet pulps for papermaking leads to correct draining times. However, the extent of this improvement depends on several factors such as the shear of the paper suspension during manufacture, the amount of flocculant and the manner of use of the flocculant.
  • Figure 1 shows that the drip time is a function of the shear time when adding a flocculant. At low shear, the mixture of waste paper and flocculated beet pulp drips better than waste paper alone.
  • PBF fermented beet pulp

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  • Paper (AREA)

Abstract

L'invention concerne l'utilisation de pulpes de betterave à sucre fermentées pour la préparation de papier ou de carton. L'invention concerne également une composition de pulpes de betterave à sucre fermentées telle qu'obtenue par le procédé comprenant les étapes suivantes: a) on ensile des pulpes de betterave à sucre dans des conditions appropriées pour donner lieu à une fermentation lactique, et notamment jusqu'à ce que le pH soit inférieur à environ 5 et avantageusement supérieur à environ 3,5 pour obtenir des pulpes fermentées, b) on dilue les pulpes fermentées, notamment jusqu'à ce que la teneur en matières sèches soit d'environ 1 % à environ 10 %, c) on soumet les pulpes fermentées diluées à un traitement mécanique, notamment un cisaillement, permettant de séparer les cellules parenchymales contenues dans les pulpes et d'obtenir une dimension des pulpes inférieure à environ 1000 micromètres, d) on soumet éventuellement: les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape a) à un blanchiment simultané à l'étape b), ou les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape c) à un blanchiment.

Description

U.i ti l i sati on de pul pes de betterave a sucre dans l a fabri cati on de papi er ou de carton .
Domaine Technique
La présente invention concerne l'utilisation de pulpes de betterave à sucre fermentées dans la fabrication de papier ou de carton. La présente invention concerne également un procédé de fabrication de pulpes de betterave fermentées. La présente invention décrit une méthode de traitement des pulpes de betterave permettant d'obtenir un produit possédant de bonnes caractéristiques en tant qu'ingrédient de substitution dans la fabrication du papier.
Arrière-plan de l'invention
Le papier est un film constitué d'un réseau de fibres individuelles soudées. En général, sa fabrication passe par un procédé humide qui met en jeu des fibres cellulosiques. La pâte papetière est produite à partir du bois et la composition varie selon les qualités de papier. La feuille se forme après égouttage d'un dépôt uniforme sur une toile prévue à cet effet. Les fibres longues (obtenues à partir de bois dur) permettent la formation d'un réseau dans lequel se déposent les fibres courtes (obtenues à partir de bois tendre) et l'ensemble contribue à la résistance mécanique du matériau formé après séchage. Des additifs et agents de charge sont très souvent employés pour améliorer les caractéristiques tels que l'aspect, la porosité et l'état de surface.
Les pulpes de betterave sont un sous-produit de l'industrie de transformation de la betterave à sucre. Les betteraves sont râpées et le sucre est extrait à l'eau. Cette opération est suivie par un pressage afin d'augmenter la teneur en matières sèches jusqu'à environ 25 à 30%. Les composants principaux des pulpes de betterave sont en moyenne de la cellulose (27%), de
Fhémicellulose (29%), de la pectine (29%), les composants mineurs étant du sucre (3 %) de la lignine (3%) et des cendres (4%). Ces composants forment ensemble la structure cellulaire caractéristique des pulpes de betterave. Cette structure consiste en cellules parenchymales tenues ensemble et liées transversalement par du xylème et du phloème tubulaire.
Peu de nouvelles valorisations économiques des pulpes de betterave ont été développées, surtout en raison d'une dégradation rapide de cette matière. Actuellement, la principale utilisation consiste à sécher les pulpes, à les mélanger éventuellement avec de la mélasse et à les vendre comme aliment de bétail (70% des pulpes européennes en 1992).
En raison du coût énergétique élevé du séchage, plusieurs tentatives ont été faites pour mettre au point de nouvelles utilisations et de nouveaux traitements des pulpes de betterave non séchées. Les transformations et utilisations suivantes ont été étudiées : hydrolyse chimique ou enzymatique, production d'éthanol, de biogaz, d'enzyme et d'aliment du bétail riche en protéines. En ce qui concerne la possibilité d'utiliser les pulpes de betterave dans d'autres domaines que ceux mentionnés ci-dessus, la fabrication du papier semble prometteuse. L'industrie du papier doit faire face à une forte pression de l'environnement pour améliorer son rendement, réduire la pollution, utiliser moins de produits chimiques et augmenter le recyclage. La combinaison de ces éléments n'est pas un objectif qu'on peut atteindre directement et de nouveaux procédés et additifs sont développés en permanence. Jusqu'à maintenant, la mise en oeuvre de pulpes de betterave fraîches ou fermentées n'a pas été réalisée. Les raisons principales en sont la faible proportion de cellulose contenue dans les pulpes et la structure cellulaire qui ne permet pas d'obtenir des fibres longues qui pourraient par exemple remplacer les fibres du bois. En conséquence, les pulpes de betterave ne sont pas considérées comme pouvant convenir à la fabrication du papier en tant que simple substitut du bois.
Cependant, l'utilisation de pulpes de betterave séchées pour la fabrication du papier est connue. Quelques auteurs ont même décrit la possibilité d'utiliser des pulpes de betterave surpressées et ultrapressées dans la fabrication du papier (G.VACCARI et al., XX General Assembly of CITS, Munich, 26th - 30th June 1995).
Quelques travaux ont été réalisés pour obtenir une matière convenable pour la fabrication du papier à partir de pulpes de betterave. Quand il est utilisé comme charge, le produit issu des pulpes résulte toujours d'un procédé d'extraction. Le brevet EP 0102 829 enseigne une méthode de séparation de polymères à partir de matières végétales contenant des cellules parenchymales sous des conditions extrêmes de pH et à une température élevée pour une courte durée de réaction. Le matériau cellulosique isolé, appelé PCC (Parenchymal Cell Cellulose), est cité comme étant utile dans des applications alimentaires et éventuellement papetières. Mais le procédé, qui comprend un traitement chimique sévère suivi d'un vapocraquage et d'une étape de séparation/purification est complexe et nécessite de traiter les effluents à cause des produits chimiques utilisés. Le brevet CS 0174 308 décrit une méthode de fabrication du papier à partir de résidus d'extraction d'arabinose des pulpes de betterave.
Le brevet EP 0139 658 divulgue une méthode de dépectinisation et de déshydratation de pulpes de betteraves brutes. Les pulpes brutes imprégnées d'eau acidifiée sont soumises à une succession alternée d'étapes de compression et de décompression. Le travail mécanique produit une sorte de rouissage des fibres des pulpes. Les fibres se séparent les unes des autres, leur arrangement directionnel disparaît et les pectines sont dissoutes. Le produit final séché convient à la fabrication du papier. Un seul procédé industriel utilisant les pulpes de betterave pour la fabrication du papier sans aucune extraction préalable a été décrit.
Le brevet EP 0644 293 révèle un procédé de broyage des pulpes séchées et l'utilisation des ces pulpes broyées en tant que charge du papier. Les pulpes séchées sont broyées et micronisées. Le produit résultant est testé et utilisé dans la fabrication du papier à une échelle industrielle. Les caractéristiques du papier obtenu sont comparables avec celles du papier fabriqué suivant le même procédé mais sans les pulpes de betterave. Dans ce procédé les pulpes sont séchées et le produit de charge final n'est donc pas compétitif sur le plan commercial par rapport aux autres sous-produits tels que la sciure ou la paille. Puisque la fabrication du papier est un procédé humide, il ne parait pas utile de sécher la charge qui doit être réhumidifiée par la suite. De plus, le broyage des pulpes séchées détruit le xylème et le phloème qui, sans cela, pourraient contribuer par leur structure fibreuse à l'augmentation de la résistance du papier. La présente invention concerne l'utilisation de pulpes de betterave fermentées dans la fabrication du papier. Plus particulièrement, cette invention est relative à une méthode de préparation d'un produit dérivé de pulpes de betterave à sucre, qui peut être ajouté à la pâte à papier de façon à d-minuer le besoin en matières premières traditionnellement utilisées dans la fabrication du papier.
Résumé de l'invention
C'est un objet de l'invention de fournir une méthode de traitement des pulpes de betterave telle que les pulpes traitées deviennent à la fois physiquement et économiquement appropriées à l'utilisation dans la préparation du papier ou du carton. L'invention décrit du papier ou du carton contenant des pulpes de betterave. La présente invention décrit également un procédé d'obtention d'une préparation de pulpes de betterave fermentées comprenant des étapes suivantes : on ensile les pulpes de betterave dans des conditions donnant naissance à une fermentation lactique, - on dilue les pulpes fermentées, on soumet les pulpes fermentées diluées à un cisaillement mécanique modéré.
L'ensilage est effectué selon les méthodes connues avec des pulpes contenant de préférence 15 à 35% de matières sèches. L'ensilage est poursuivi jusqu'à ce que le pH soit au moins inférieur à environ 5 et supérieur à environ
3,5.
Pendant l'ensilage, il y a production d'acide lactique en quantité variant en fonction des sucres disponibles. La concentration d'acide lactique varie généralement de 1 à 10% de la matière sèche des pulpes de betterave. Les pulpes sont diluées jusqu'à 1 à 10% de matières sèches avant le cisaillement mécanique modéré. Le cisaillement doit être effectué afin d'obtenir une distribution des dimensions des pulpes fermentées adéquate.
La présente invention décrit une composition de papier ou de carton comprenant de 1 à 50% et de préférence de 2 à 25% (exprimés en matières sèches) de pulpes de betterave fermentées. Les quantités optimales de pulpes fermentées ajoutées dépendent du type du papier ou du carton qui est fabriqué et de leurs caractéristiques souhaitées. Il est néanmoins préférable de remplacer les fibres de bois ou les vieux papiers par au moins 10% (matières sèches) de pulpes fermentées. De préférence, les pulpes de betterave fermentées sont obtenues selon le procédé de l'invention.
La présente invention révèle que la résistance du papier et du carton, mesurée par différents paramètres, est considérablement augmentée par le remplacement d'une certaine quantité de la pulpe de bois normalement utilisée par les pulpes de betterave fermentées de l'invention. Afin de diminuer le temps d'égouttage de la composition ainsi obtenue, il est préférable d'utiliser des pulpes de betterave fermentées dont la distribution des dimensions est convenable. Le diamètre de la fraction des pulpes de betterave fermentées utilisée pour la fabrication du carton est inférieur à 1000 micromètres et de préférence compris entre 150 et 250 micromètres. La présente invention permet également de diminuer le temps d'égouttage par l'addition de floculants.
De tels floculants peuvent être choisis parmi les floculants utilisés habituellement pour le traitement des eaux résiduaires. Les floculants utilisés dans la présente invention sont de préférence des polymères cationiques à haut poids moléculaire (supérieur à 1 million).
En outre, la présente invention décrit différentes sortes de papier et de carton qui contiennent les pulpes de betterave fermentées. Celles-ci comprennent le papier blanc, le papier recyclé (brun) et le carton ondulé.
Description détaillée de l'invention
On a maintenant trouvé que, sous certaines conditions, les pulpes humides peuvent être stockées pendant une durée plus longue et que le produit obtenu présente des caractéristiques qui le rendent tout à fait approprié à une utilisation pour la production de papier et de carton.
Quand les pulpes de betterave sont stockées pendant une longue durée avec des conditions anaérobies, dans des silos ou en ensilage, les pulpes subissent une fermentation lactique. Il en résulte un changement du pH et de la composition de la matière.
La présente invention divulgue qu'après la fermentation dans ces conditions, il est plus facile de séparer les cellules parenchymales et d'obtenir, par un cisaillement mécanique modéré par voie humide, un produit convenant à la fabrication du papier. Il est possible d'obtenir de cette façon une suspension de xylèmes et de phloèmes coupés et de cellules parenchymales séparées qui convient à l'incorporation directe dans le processus final de fabrication du papier par voie humide.
Un objet de la présente invention est de fournir une méthode de traitement des pulpes de betterave telle que les pulpes traitées deviennent à la fois physiquement et économiquement appropriées à l'utilisation dans la préparation du papier ou du carton.
L'invention décrit un procédé d'obtention d'une composition de pulpes de betterave fermentées comprenant les étapes suivantes :
- on ensile les pulpes de betterave dans des conditions donnant naissance à une fermentation lactique,
- on dilue les pulpes fermentées,
- on soumet les pulpes fermentées diluées à un cisaillement mécanique modéré.
Dans l'invention, l'utilisation d'une composition de pulpes de betterave à sucre fermentées dans la fabrication du papier ou du carton peut être considérée notamment comme une substitution des fibres courtes du bois.
L'ensilage est effectué selon les méthodes connues avec des pulpes contenant de préférence 15 à 35% de matières sèches. L'ensilage est poursuivi jusqu'à ce que le pH soit au moins inférieur à 5. Les pulpes sont diluées jusqu'à une teneur en matières sèches de 1 à 10% avant le cisaillement mécanique modéré.
On sait que les pulpes de betterave pressées peuvent être ensilées pour les préserver d'une décomposition non désirée. Ce procédé est le plus couramment utilisé pour protéger ce produit périssable. L'autre alternative étant le séchage jusqu'à 90% de matières sèches. Ce séchage présente l'inconvénient d'être très coûteux en énergie, alors qu'il est inutile puisque la charge doit être réhumidifiée lors de sa mise en oeuvre dans le procédé humide de fabrication du papier. Le processus de fermentation démarre spontanément en conditions anaérobies avec les bactéries lactiques présentes, sans qu'il soit nécessaire d'ajouter un ferment. Ces micro-organismes transforment le saccharose résiduel des pulpes de betterave pressées en acide lactique, provoquant une chute du pH et donc le maintien de la structure des pulpes de betterave. Il est possible également de mener la fermentation en inoculant les pulpes de betterave avec des souches spécifiques de micro-organismes capables de bien se développer à partir de substances polymères telles que la cellulose, la pectine et l' hémicellulose et qui dégradent ces polymères. L'issue de l'ensilage est liée à l'état microbiologique des pulpes et dépend aussi des conditions telles que la température initiale, les variations de température dans le silo, de la quantité de saccharose encore présente, de la teneur en oxygène de l'air inclus, de l'humidité et du pH. Quand les conditions correctes sont appliquées, le résultat est une matière plus souple dont l'acidité est principalement due à l'acide lactique et dont le pH est inférieur à 5. On a trouvé que les pulpes de betterave fermentées qui ont été soumises à une bonne fermentation lactique peuvent facilement subir des traitements mécaniques afin de séparer leurs cellules parenchymales. Les liaisons entre les cellules sont plus faibles qu'avant la fermentation et un cisaillement modéré est suffisant pour séparer les cellules les unes des autres en évitant la formation d'agrégats.
Un moyen de traiter les pulpes fermentées consiste à abaisser la teneur en matières sèches des pulpes de 15-35% à 1-10% par addition d'eau ou d'eau blanche provenant des circuits de fabrication papetière. Postérieurement, la suspension est soumise à un traitement mécanique. Le traitement mécanique peut être réalisé avec différents appareils et le produit résultant a de préférence une distribution de ses dimensions qui le rend idéalement apte à être utilisé dans la production de papier ou de carton. Le traitement peut être un cisaillement ou un broyage. Des traitements de pulpes de betterave connus tels que la compression et la décompression alternées et ce qu'on appelle «l'explosion à la vapeur» ne sont pas nécessaires. Le traitement mécanique peut être réalisé directement pendant le pulpage mécanique de la pâte si une étape de pulpage ou de raffinage est mise en oeuvre. L'utilisation des pulpes de betterave fermentées de l'invention ne nécessite donc pas d'investissements importants dans la plupart des installations existantes de production de papier.
Les pulpes de betterave ont une couleur blanc ivoire et deviennent grisâtres à cause des phénomènes enzymatiques ou de dégradation par la chaleur. Pour les applications au papier, il est important que les pulpes de betterave fermentées puissent être blanchies sans perte des propriétés mécaniques essentielles. La présente invention révèle qu'un tel blanchiment ne modifie pas de façon négative les caractéristiques des pulpes de betterave fermentées.
La suspension hétérogène peut être blanchie avec H2O2 ou NaCIO lorsqu'un produit plus blanc est souhaité ; dans ce cas, l'agent de blanchiment peut être ajouté directement pendant la dilution des pulpes fermentées précédant le traitement mécanique.
La matière hétérogène obtenue, consistant en cellules séparées et courtes fibres de xylème et de phloème, a été mise en oeuvre dans une formulation de pulpe à papier ; des formettes de laboratoire ont été façonnées et leurs propriétés évaluées en comparaison avec un témoin.
La présente invention décrit une composition de papier ou de carton comportant des pulpes de betterave fermentées. Les pulpes de betterave fermentées sont utilisées comme un ingrédient organique qui améliore les caractéristiques de résistance du produit fini. La quantité de pulpes de betterave fermentées est de 0 à 50% et de préférence entre 2 et 25% du poids des matières sèches des ingrédients du papier ou du carton. Les quantités optimales des pulpes de betterave fermentées ajoutées dépendent du type de papier ou de carton fabriqué et de leurs caractéristiques souhaitées. On a montré que le remplacement de 15% des vieux papiers par des pulpes de betterave fermentées était faisable.
Les pulpes de betterave fermentées sont de préférence préparées conformément au procédé de l'invention. Le procédé de l'invention n'emploie pas de traitement chimique des pulpes de betterave fermentées. Le procédé rend possible la fabrication de papier et de carton sans produire des déchets chimiques supplémentaires.
Les propriétés des feuilles de papier finales diffèrent d'une façon complexe selon le type de pulpe de bois testée. En général, on constate des améliorations de l'opacité, de la longueur à la rupture, de la résistance à la déchirure et du «Dennison». En même temps, le temps d'égouttage et les indices Shopper Riegler sont augmentés pour tous les échantillons alors que la porosité Bendtsen est fortement réduite, et enfin la brillance est moindre tandis qu'un blanchiment tel que décrit ci-dessus conduit à une amélioration.
La présente invention révèle que la résistance du papier et du carton obtenue par ajout d'une certaine quantité de pulpes de betterave fermentées est considérablement augmentée. Il est préférable de maîtriser la réduction des dimensions des pulpes de betterave fermentées avant de les utiliser dans la préparation de la pâte, de façon à éviter l'accroissement excessif du temps d'égouttage d'une telle pâte. On a montré que le diamètre préféré des pulpes de betterave fermentées est inférieur à 1000 micromètres et plus particulièrement de 150 à 250 micromètres pour la préparation du carton ondulé.
L'exemple 1 enseigne qu'avant d'utiliser les pulpes de betterave fermentes, il est nécessaire de vérifier si la fermentation a été menée à bien, c'est-à-dire si le produit fermenté n'a pas été dégradé. Le pH et la quantité d'acide lactique formé sont des mesures possibles de l'état des pulpes de betterave. Une formulation des ingrédients du type de papier acide a été utilisée pour préparer des feuilles de papier. La composition du papier a été modifiée de telle manière que 10% des fibres ont été remplacées par des pulpes de betterave fermentées.
Dans l'exemple 1, la résistance du papier exprimée en termes de longueur à la rupture, de cohésion interne et de résistance à la déchirure est considérablement augmentée. L'exemple 2 montre qu'il est possible d'adapter facilement la composition de la pulpe de papier dans le cas où il est nécessaire de mettre en oeuvre des pulpes de betterave fermentées dans un procédé de fabrication de papier existant. Les différents moyens de traitement mécanique de la pulpe de papier n'influencent pas de façon critique les caractéristiques du papier obtenu. Dans l'exemple 3 on a évalué l'utilisation des pulpes de betterave fermentées comme substitut d'additif dans la fabrication du carton ondulé. Si 10% de matières sèches des pulpes de betterave fermentées sont utilisés avec 90% de matières sèches d'une formulation sans pulpe de bois, on obtient du carton possédant les caractéristiques de résistance souhaitées. Comme les pulpes de betterave fermentées ont un effet défavorable sur la brillance du produit fini, on a évalué si le blanchiment du produit contenant les pulpes de betterave fermentées était possible sans affecter de façon négative les caractéristiques de résistance. Comme on peut le voir dans l'exemple 4, la résistance à la déchirure et la longueur à la rupture restent élevées après blanchiment.
Les exemples montrent que la résistance du produit fini, papier ou carton, augmente considérablement avec l'ajout de pulpes de betterave fermentées. Par contre, le temps d'égouttage de la composition de papier devient plus long.
L'exemple 5 montre que, lorsque les pulpes de betterave fermentées sont broyées et tamisées puis ensuite mélangées avec des vieux papiers, le temps d'égouttage n'est que légèrement augmenté (échantillon 2) par rapport aux vieux papiers qui sont soumis au pulpage traditionnel (témoin), si le diamètre du produit se situe entre 150 et 250 micromètres. On peut voir en outre que les propriétés de résistance sont influencées par la dimension des pulpes de betterave fermentées. Le tamisage des pulpes de betterave fermentées conduit à des propriétés de résistance légèrement inférieures à celles des pulpes de betterave fermentées non tamisées, mais les deux sont considérablement supérieures aux valeurs mesurées sur la pulpe de bois.
Cet exemple montre que les pulpes de betterave influencent fortement le temps d'égouttage et les propriétés de résistance. On a montré que le produit obtenu, contenant des pulpes de betterave fermentées, possède des caractéristiques physiques appréciables avec seulement une faible augmentation du temps d'égouttage.
Enfin, l'exemple 6 montre que des floculants cationiques à haut poids moléculaire, utilisés habituellement pour le traitement des eaux résiduaires sont efficaces en tant qu'adjuvants d'égouttage. La suspension de pulpes de betterave floculée par ces produits chimiques, conduit à une composition de papier ayant un temps d'égouttage considérablement réduit par rapport à celui d'une composition de papier contenant des pulpes de betterave non floculées. L'expression "temps d'égouttage réduit" correspond au temps d'égouttage d'une composition de papier dans laquelle il n'y a pas de pulpe de betterave.
Ces floculants sont très efficaces malgré les dimensions des pulpes de betterave raffinées. Une amélioration supplémentaire de temps d'égouttage peut être obtenue en ajoutant les floculants aux pulpes de betterave tamisées de façon à combiner les effets des exemples 5 et 6, à savoir le tamisage des pulpes de betteraves et l'utilisation d'un floculant.
L'invention concerne l'utilisation de pulpes de betterave à sucre fermentées pour la préparation de papier ou de carton. Selon un mode de réalisation avantageux, l'invention concerne une composition de pulpes de betterave à sucre fermentées telle qu'obtenue par le procédé comprenant les étapes suivantes : a) on ensile des pulpes de betterave à sucre dans des conditions appropriées pour donner lieu à une fermentation lactique, et notamment jusqu'à ce que le pH soit inférieur à environ 5 et avantageusement supérieur à environ 3,5 pour obtenir des pulpes fermentées, b) on dilue les pulpes fermentées, notamment jusqu'à ce que la teneur en matières sèches soit d'environ 1% à environ 10% , c) on soumet les pulpes fermentées diluées à un traitement mécanique, notamment un cisaillement, permettant de séparer les cellules parenchymales contenues dans les pulpes et d'obtenir une dimension des pulpes inférieure à environ 1000 micromètres, d) on soumet éventuellement : - les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape a) à un blanchiment simultané à l'étape b), ou
- les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape c) à un blanchiment. L'addition de floculant peut se faire à l'issue de l'étape c) définie ci- dessus, c'est-à-dire à l'issue du cisaillement des pulpes fermentées. Selon un autre mode de réalisation avantageux, l'invention concerne une composition de pulpes de betterave à sucre fermentées ci-dessus définie telle qu'obtenue par un procédé comprenant les étapes ci-dessus définies, dans lequel l'ensilage est réalisé avec des pulpes de betterave à sucre dont la teneur en matières sèches est d'environ 15 à environ 35%. Selon un autre mode de réalisation avantageux, l'invention concerne une composition de pulpes de betterave à sucre fermentées ci-dessus définie, dans laquelle la dimension des pulpes de betterave est inférieure à 250 micromètres, et notamment inférieure à 150 micromètres.
L'invention concerne également un procédé de préparation d'une composition de pulpes de betterave à sucre fermentées comprenant les étapes suivantes : a) on ensile des pulpes de betterave à sucre dans des conditions appropriées pour donner lieu à une fermentation lactique, et notamment jusqu'à ce que le pH soit inférieur à environ 5 et avantageusement supérieur à environ 3,5 pour obtenir des pulpes fermentées, b) on dilue les pulpes fermentées, notamment jusqu'à ce que la teneur en matières sèches soit d'environ 1 % à environ 10%, c) on soumet les pulpes fermentées diluées à un traitement mécanique, notamment un cisaillement, permettant de séparer les cellules parenchymales contenues dans les pulpes et d'obtenir une dimension de pulpe inférieure à environ 1000 micromètres, d) on soumet éventuellement :
- les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape a) à un blanchiment simultané à l'étape b), ou
- les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape c) à un blanchiment. Selon un autre mode de réalisation avantageux, l'invention concerne du papier ou carton comprenant d'environ 1 à environ 50% et de préférence d'environ 2 à environ 25 %, exprimées par rapport aux matières sèches, d'une composition de pulpes de betterave à sucre fermentées selon l'invention.
Selon un autre mode de réalisation avantageux, l'invention concerne du papier ou carton ci-dessus définis, caractérisé en ce que les pulpes de betterave à sucre fermentées ont une dimension inférieure à 1000 micromètres, et de préférence allant d'environ 150 à environ 250 micromètres.
Selon un autre mode de réalisation avantageux, des floculants peuvent être ajoutés à la suspension des pulpes de betterave fermentées utilisée pour la fabrication du papier. Ces floculants sont choisis parmi ceux qui sont disponibles sur le marché, plus particulièrement sur le marché des produits de traitement des eaux résiduaires. Plus spécifiquement, les polymères cationiques à haut poids moléculaire sont efficaces pour améliorer l'égouttage de la préparation de papier.
Selon un autre mode de réalisation avantageux, l'invention concerne du papier ou carton ci-dessus définis, caractérisé en ce que les pulpes de betterave à sucre fermentées sont blanchies.
L'invention concerne également un procédé de préparation de papier ou carton selon l'invention, caractérisé en ce que : a) on ensile des pulpes de betterave à sucre dans des conditions appropriées pour donner lieu à une fermentation lactique, et notamment jusqu'à ce que le pH soit inférieur à environ 5 et avantageusement supérieur à environ 3,5 pour obtenir des pulpes fermentées, b) on dilue les pulpes fermentées, notamment jusqu'à ce que la teneur en matières sèches soit d'environ 1 % à environ 10% , c) on soumet les pulpes fermentées diluées à un traitement mécanique, notamment un cisaillement, permettant de séparer les cellules parenchymales contenues dans les pulpes et d'obtenir une dimension de pulpe inférieure à environ 1000 micromètres, d) on soumet éventuellement :
- les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape a) à un blanchiment simultané à l'étape b), ou
- les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape c) à un blanchiment, e) on incorpore à raison d'environ 1 à environ 50% , et de préférence d'environ
2 à environ 25 % , exprimés par rapport aux matières sèches, de la susdite composition obtenue à l'issue de l'étape c) ou d) aux matières premières traditionnelles de la pâte à papier ou du carton,
- on ajoute éventuellement un floculant à l'issue de l'étape c) ou de l'étape e), de préférence à l'issue de l'étape c).
L'addition de floculant peut se faire à l'issue de l'étape c) définie ci- dessus, c'est-à-dire à l'issue du cisaillement des pulpes fermentées ou après l'étape e), c'est-à-dire après incorporation des pulpes fermentées diluées cisaillées aux matières traditionnelles de la pâte à papier ou du carton. De préférence, l'addition du floculant se fait à l'issue de l'étape c).
L'invention concerne également un procédé de préparation de papier ou carton selon l'invention, caractérisé en ce que : a) on ensile des pulpes de betterave à sucre dans des conditions appropriées pour donner lieu à une fermentation lactique, et notamment jusqu'à ce que le pH soit inférieur à environ 5 et avantageusement supérieur à environ 3,5 pour obtenir des pulpes fermentées, b) on dilue les pulpes fermentées, notamment jusqu'à ce que la teneur en matières sèches soit d'environ 1 % à environ 10%, c) on incorpore à raison d'environ 1 à environ 50%, et de préférence d'environ 2 à environ 25%, exprimés par rapport aux matières sèches, de la composition obtenue à l'issue de l'étape b) aux matières premières traditionnelles de la pâte à papier ou du carton, d) on soumet éventuellement :
- les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape a) à un blanchiment simultané à l'étape b), ou
- la composition obtenue à l'issue de l'étape c) à un blanchiment, e) on effectue un pulpage ou un raffinage de la composition obtenue à l'issue de l'étape c) ou d) en combinaison avec un traitement mécanique, notamment un cisaillement, permettant la séparation des cellules parenchymales contenues dans les pulpes de betterave fermentées et d'obtention d'une dimension de pulpes inférieure à environ 1000 micromètres,
- on ajoute éventuellement un floculant à l'issue de l'étape c) ou de l'étape e), de préférence à l'issue de l'étape c). Dans ce qui précède et ce qui suit, l'opacité est définie par rapport à la norme DIN 53146, la brillance est définie par rapport à la norme DIN 53145 partie II, la longueur à la rupture est définie par rapport à la norme DIN 53112 partie I, la cohésion interne est définie par rapport à la norme DIN 54516, la résistance à la déchirure est définie par rapport à la norme DIN 53115, la porosité Bendtsen est définie par rapport à la norme DIN 53120 partie I, CMT est défini par rapport à la norme DIN 53143, Dennison est défini dans le Journal TAPPI 459om-88, le temps d'égouttage et le degré de raffinage sont définis dans le Journal Zellcheming n° V/7/61.
Exemple 1
Pulpes de betterave fermentées
La composition des pulpes de betterave fermentées ensilées en Italie pendant la campagne 1994 a été analysée pour savoir si elles avaient subi une bonne fermentation lactique. Les données suivantes ont été obtenues :
Tableau 1 Pulpes de betterave fermentées
Matières sèches 26,50%
Cendres 1,38% pH 3,6
Azote 1,66%
Acide lactique/matières sèches 8 ,65 % Acide lactique/acides totaux 71 , 00 %
Ces données montrent que les pulpes de betterave ont subi une bonne fermentation lactique. Les pulpes ont alors été diluées jusqu'à 2% de matières sèches et cisaillées dans un mélangeur Ika Ultra Turrax. On a mesuré avec une série de tamis Prolabo les dimensions après cisaillement des pulpes fermentées en comparaison avec des pulpes fraîches. Les résultats qui figurent dans le tableau 2 montrent l'effet favorable de la fermentation sur la facilité de délitement des pulpes de betterave. Tableau 2
Pulpes fraîches Pulpes fermentées
Durée de cisaillement 2 mn 2 mn
Dimension des pulpes (micromètres) % en poids % en poids d > 500 81 ,8 27,2
500 > d > 200 4,3 21.5
200 > d > 125 0,7 3,7
125 > d > 80 0,5 4, 1 d < 80 12,7 43,5
L'analyse microscopique de la suspension obtenue a montré clairement la présence de cellules parenchymales séparées. En même temps, les structures de phloème et de xylème ont été coupées en morceaux plus petits et des fibres courtes de radicelles ont été obtenues. La même sorte de suspension a été obtenue après cisaillement de pulpes de betterave fermentées plus concentrées (7% de matières sèches) avec un moulin colloïdal Frima. Ce dernier équipement semble pour cette raison convenir le mieux à une application industrielle dans les papeteries qui ne disposent pas d'une étape de raffinage.
On a trouvé que, avec un raffineur à double disque, par exemple du type de celui fabriqué par Sprout Walden, des suspensions de pulpes de betteraves encore plus concentrées pourraient être raffinées. Il a même été possible de raffiner des pulpes de betterave fermentées telles quelles, c'est-à-dire sans aucune dilution préalable (teneur en matières sèches de 20 à 30%). Cependant, cette dernière condition de raffinage conduit à une suspension très visqueuse qui est difficile à mettre en oeuvre dans les étapes ultérieures de fabrication du papier.
Une quantité déterminée de cette suspension a été déshydratée par de l'ethanol afin de disposer d'un stock de référence de pulpes de betterave fermentées séchées. Ce stock a été utilisé comme matière de référence dans les essais ultérieurs relatifs à la qualité du papier, pour avoir des propriétés standard identiques. Deux séries de formettes de laboratoire ont été façonnées et testées : le témoin et le MB. Pour le témoin, on a utilisé une formulation de papier acide, préparée comme décrit au tableau 3, tandis que, pour le MB, on a remplacé 10% des fibres de ladite formulation par un échantillon du stock de référence. Tableau 3
Figure imgf000017_0001
Dans le tableau ci-dessus, les fibres longues proviennent d'un bois tendre tel que le bois de pin et ont comme dimension d'environ 3,5 à 4,8 mm et les fibres courtes proviennent d'un bois dur tel que le bois de bouleau et ont comme dimension d'environ 0,7 à environ 1,7 mm.
L'échantillon a été préparé par mélange des fibres courtes et longues et des pulpes de betterave dans les proportions indiquées. Le degré de raffinage a été celui indiqué au tableau 3. Les caractéristiques des papiers obtenus sont déterminées par les méthodes standard. L'échantillon contenant les pulpes de betterave du stock de référence, MB, a montré une amélioration sensible des indices de résistance et une légère augmentation du temps d'égouttage tandis que la porosité était significativement réduite.
L'utilisation d'un stock de référence s'est révélée très utile car, avec un stock de matière stable et facilement disponible, il devient possible de déterminer la relation entre les caractéristiques du papier et les conditions de fermentation des pulpes de betterave. Exemple 2
Raffinage des pulpes de betterave fermentées pour du papier de qualité.
Les pulpes de betterave fermentées ont été traitées avec un raffineur Escher Wiss afin de vérifier si l'équipement normalement utilisé dans une usine à papier est suffisamment efficace pour séparer les cellules parenchymales des pulpes de betterave sans en même temps briser les cellules. Les essais suivants ont été réalisés :
Tableau 4
Figure imgf000018_0001
* Nota : le témoin consiste en formulation sans pulpe de bois préparée avec du papier cannelé non sélectionné repulpé jusqu'à 30° SR.
L'échantillon P a montré la présence de morceaux plutôt gros tandis que les deux autres échantillons, PR et MR, ont des morceaux ayant des dimensions comparables à celles des essais avec le moulin colloïdal. Les échantillons ont été évalués, après le façonnage des formettes, en ayant mis en oeuvre pour chacun d'eux 10% de matières sèches de pulpes de betterave fermentées et 90% de la formulation(*) sans pulpe de bois. Les données ont été comparées avec 100% d'une formulation sans pulpe de bois (témoin)(*) et avec un échantillon, MB1, contenant 10% de matière du stock de référence et 90% de la formulation(*) sans pulpe de bois. Tableau 5
Figure imgf000019_0001
En ce qui concerne l'augmentation de la résistance du papier, on peut voir qu'il n'y a pas de grande différence entre les divers types de traitement mécanique. On observe cependant un temps d'égouttage plus élevé pour l'échantillon mixte pulpe et raffiné (MR). Ce résultat pourrait être dû à l'accroissement de la fraction soluble relâchée à l'intérieur des pulpes pendant l'étape de raffinage.
(*) Nota : le témoin consiste en formulation sans pulpe de bois préparée avec du papier cannelé non sélectionné repulpé jusqu'à 30° SR.
Exemple 3
Raffinage de pulpes de betterave fermentées pour fabriquer du papier cannelé.
On a effectué quelques essais en mélangeant des pulpes de betterave fermentées avec des vieux papiers bruns. Ces essais avaient pour but de déterminer si les pulpes de betterave fermentées pouvaient améliorer les caractéristiques des vieux papiers utilisés pour fabriquer du papier cannelé, sans modifier fortement les conditions de préparation.
On obtient pour le papier cannelé des valeurs élevées de CMT (Concora Médium Test), de rigidité, de cohésion interne et de pression d'éclatement par addition d'amidon aux vieux papiers pendant la fabrication. Les pulpes de betterave fermentées pourraient être intéressantes d'un point de vue économique en tant que substitut d'amidon, à condition que ces pulpes augmentent significativement les caractéristiques souhaitées tout en réduisant en même temps la quantité d'amidon nécessaire. D'un autre côté, il faudrait éviter d'augmenter quelques paramètres comme le temps d'égouttage, le degré SR, la DCO, la conductivité et la turbidité pendant le façonnage des feuilles de papier. L'évaluation des formettes de laboratoire a été réalisée avec différents dosages de pulpes de betterave fermentées (PBF) dans les vieux papiers (témoin).
Tableau 6
Figure imgf000020_0001
Poly Aluminium Chloride (chlorure de polyaluminium)
Note : Témoin = papier brun obtenu par repulpage de papier cannelé non sélectionné.
On peut observer qu'avec l'augmentation de la quantité de pulpes de betterave dans ce carton ondulé, la qualité du papier, définie par la cohésion interne, le CMT 30 et la pression d'éclatement, augmente. On constate aussi que la porosité s'abaisse à 100 ml/mn pour la quantité de pulpes de betterave la plus élevée, c'est-à-dire 15% . Aucun effet de la quantité de pulpes de betterave sur la rigidité n'est observé.
La quantité maximum de pulpes de betterave possible dans la fabrication du carton ondulé semble être 10% à cause de la valeur élevée du temps d'égouttage qui en résulte. Une amélioration ultérieure des caractéristiques d'égouttage pourrait permettre d'augmenter la quantité de pulpes de betterave dans la pâte.
Exemple 4
Pulpes fermentées blanchies.
Des pulpes de betterave fermentées, ensilées après la campagne 1993 ont été cisaillées mécaniquement. On a ajouté du H2O2 pendant la dilution (4% par rapport aux matières sèches). La suspension obtenue a été ensuite utilisée pour des essais de feuilles de papier (10% de pulpes de betterave fermentées blanchies, 90% de la formulation de papier acide décrite dans l'exemple 1) et les résultats sont comparés avec un témoin (le même qu'à l'exemple 1) comme montré ci-dessous.
Tableau 7
Figure imgf000021_0001
Le blanchiment de l'échantillon conduit à une meilleure brillance en comparaison avec le produit non blanchi. De plus, de bons résultats sont de nouveau constatés en ce qui concerne les propriétés de résistance comme la résistance à la déchirure, la longueur à la rupture et le "Dennison" . Ces données indiquent que l'utilisation de pulpes de betterave fermentées convient à la fabrication du papier blanc.
Exemple 5
Temps d'égouttage des pulpes de betterave fermentées.
Dans les exemples précédents 2 et 3, les propriétés physiques du papier contenant les pulpes de betterave fermentées ont été mesurées avec des conditions de test. Le mélange papier/pulpes de betterave fermentées a été pulpe et raffiné avec des durées de traitement uniquement appropriées à l'amélioration du papier, mais sans optimisation de la durée du traitement des pulpes de betterave. De plus, aucune étape de tamisage n'a été effectuée, bien que cela soit nécessaire lors de la fabrication industrielle du papier. On sait que les dimensions des fibres de papier convenant au carton ondulé doivent se situer entre 150 et 250 micromètres.
Pour ces raisons, on a réalisé un essai utilisant un mélange contenant 90% de vieux papiers pulpes et raffinés et 10% de pulpes de betterave fermentées tamisées de dimensions allant de 150 à 250 micromètres.
Le résultat de cet essai est indiqué ci-dessous.
Tableau 8
Figure imgf000022_0001
VP = vieux papiers obtenus par repulpage de papier cannelé non sélectionné PBF = pulpes de betterave fermentées.
Ces données montrent que lorsque les pulpes de betterave fermentées sont broyées et tamisées puis ensuite mélangées aux vieux papiers, le temps d'égouttage n'est que légèrement augmenté (échantillon 2) par rapport aux vieux papiers qui sont soumis au pulpage mécanique traditionnel (témoin). Le temps d'égouttage de l'échantillon 2 est en fait comparable avec celui du témoin alors qu'il est inférieur de plus de trois fois à celui de l'échantillon 1.
On peut voir aussi que les propriétés de résistance sont légèrement affectées par les dimensions des pulpes de betterave fermentées. Néanmoins, les pulpes de betteraves fermentées tamisées ont des propriétés de résistance comparables à celles des pulpes non tamisées et les deux sont considérablement supérieures aux valeurs trouvées pour la pulpe de bois. Cet exemple montre que les dimensions des pulpes de betterave influencent fortement le temps d'égouttage et les propriétés de résistance. On a montré qu'on obtient un produit contenant des pulpes de betterave fermentées qui a des propriétés physiques appréciables et seulement une légère augmentation du temps d'égouttage.
Exemple 6 :
Utilisation de floculants comme adjuvants d'égouttage :
L'exemple 5 montre que l'utilisation de pulpes de betterave fermentées tamisées de dimensions allant de 150 à 250 micromètres conduit néanmoins à un temps d'égouttage augmenté, bien que cette augmentation soit beaucoup moins importante que lors de l'emploi de pulpes de betterave fermentées non tamisées.
Un autre moyen de réduire le temps d'égouttage consiste à utiliser des floculants. Des floculants cationiques à haut poids moléculaire sont capables de floculer les suspensions de pulpes de betterave utilisées pour la fabrication du papier. Parmi ceux-ci, on peut citer : Zetag 89® provenant de Allied Colloids, Bufloc 5327® et 5328® de Buckman, Floerger 4698® de SNF Floerger et les produits de la Société Nalco. L'utilisation de pulpes de betterave floculées pour la fabrication du papier conduit à des temps d'égouttage corrects. Cependant, l'étendue de cette amélioration dépend de plusieurs facteurs tels que le cisaillement de la suspension de papier pendant la fabrication, la quantité de floculant et les modalités d'emploi du floculant.
Le temps d'égouttage d'une composition pour papier contenant 89,5% de vieux papiers, 10% de pulpes de betterave fermentées et 0,5% de floculant
(Floerger 4698® de SNF Floerger) a été mesuré avec la jarre d'égouttage Techpap à différentes durées de cisaillement (figure 1).
La Figure 1 montre que le temps d'égouttage est une fonction de la durée de cisaillement lorsque l'on ajoute un floculant. A cisaillement faible, le mélange vieux papiers-pulpes de betterave floculées s'égoutte mieux que les vieux papiers seuls.
Les formettes de laboratoire obtenues par l'emploi de pulpes de betterave floculées ont été caractérisées physiquement. Comme on peut le voir dans le tableau 9, les bonnes propriétés de résistance ont été conservées malgré la floculation. De plus, l'utilisation de floculant conduit à une diminution sensible de la DCO de l'eau résiduaire. Tableau 9
Figure imgf000024_0001
VP : vieux papiers,
PBF : pulpes de betterave fermentées.

Claims

REVENDICATIONS
1. Utilisation de pulpes de betterave à sucre fermentées pour la préparation de papier ou de carton.
2. Composition de pulpes de betterave à sucre fermentées telle qu'obtenue par le procédé comprenant les étapes suivantes : a) on ensile des pulpes de betterave à sucre dans des conditions appropriées pour donner lieu à une fermentation lactique, et notamment jusqu'à ce que le pH soit inférieur à environ 5 et avantageusement supérieur à environ 3,5 pour obtenir des pulpes fermentées, b) on dilue les pulpes fermentées, notamment jusqu'à ce que la teneur en matières sèches soit d'environ 1 % à environ 10%, c) on soumet les pulpes fermentées diluées à un traitement mécanique, notamment un cisaillement, permettant de séparer les cellules parenchymales contenues dans les pulpes et d'obtenir une dimension des pulpes inférieure à environ 1000 micromètres, et on effectue éventuellement l'addition d'un floculant, d) on soumet éventuellement :
- les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape a) à un blanchiment simultané à l'étape b), ou
- les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape c) à un blanchiment.
3. Composition de pulpes de betterave à sucre fermentées selon la revendication 1, telle qu'obtenue par un procédé comprenant les étapes de la revendication 2, dans lequel l'ensilage est réalisé avec des pulpes de betterave à sucre dont la teneur en matières sèches est d'environ 15 à environ 35% .
4. Composition de pulpes de betterave à sucre fermentées selon l'une des revendications 2 ou 3, dans laquelle la dimension des pulpes de betterave est inférieure à 250 micromètres, et notamment inférieure à 150 micromètres.
5. Procédé de préparation d'une composition de pulpes de betterave à sucre fermentées comprenant les étapes suivantes : a) on ensile des pulpes de betterave à sucre dans des conditions appropriées pour donner lieu à une fermentation lactique, et notamment jusqu'à ce que le pH soit inférieur à environ 5 et avantageusement supérieur à environ 3,5 pour obtenir des pulpes fermentées, b) on dilue les pulpes fermentées, notamment jusqu'à ce que la teneur en matières sèches soit d'environ 1 % à environ 10%, c) on soumet les pulpes fermentées diluées à un traitement mécanique, notamment un cisaillement, permettant de séparer les cellules parenchymales contenues dans les pulpes et d'obtenir une dimension de pulpe inférieure à environ 1000 micromètres, d) on soumet éventuellement : - les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape a) à un blanchiment simultané à l'étape b), ou
- les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape c) à un blanchiment.
6. Papier ou carton comprenant d'environ 1 à environ 50% et de préférence d'environ 2 à environ 25%, exprimées par rapport aux matières sèches, d'une composition de pulpes de betterave à sucre fermentées selon l'une des revendications 2 à 4.
7. Papier ou carton selon la revendication 6, caractérisé en ce que les pulpes de betterave à sucre fermentées ont une dimension inférieure à 1000 micromètres, et de préférence allant d'environ 150 à environ 250 micromètres.
8. Papier ou carton selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que les pulpes de betterave à sucre fermentées sont blanchies.
9. Procédé de préparation de papier ou carton selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que : a) on ensile des pulpes de betterave à sucre dans des conditions appropriées pour donner lieu à une fermentation lactique, et notamment jusqu'à ce que le pH soit inférieur à environ 5 et avantageusement supérieur à environ 3,5 pour obtenir des pulpes fermentées, b) on dilue les pulpes fermentées, notamment jusqu'à ce que la teneur en matières sèches soit d'environ 1 % à environ 10% , c) on soumet les pulpes fermentées diluées à un traitement mécanique, notamment un cisaillement, permettant de séparer les cellules parenchymales contenues dans les pulpes et d'obtenir une dimension de pulpe inférieure à environ 1000 micromètres, d) on soumet éventuellement :
- les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape a) à un blanchiment simultané à l'étape b), ou
- les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape c) à un blanchiment, e) on incorpore à raison d'environ 1 à environ 50%, et de préférence d'environ 2 à environ 25% , exprimés par rapport aux matières sèches, de la susdite composition obtenue à l'issue de l'étape c) ou d) aux matières premières traditionnelles de la pâte à papier ou du carton, - on ajoute éventuellement un floculant à l'issue de l'étape c) ou de l'étape e), et de préférence à l'issue de l'étape c).
10. Procédé de préparation de papier ou carton selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que : a) on ensile des pulpes de betterave à sucre dans des conditions appropriées pour donner lieu à une fermentation lactique, et notamment jusqu'à ce que le pH soit inférieur à environ 5 et avantageusement supérieur à environ 3,5 pour obtenir des pulpes fermentées, b) on dilue les pulpes fermentées, notamment jusqu'à ce que la teneur en matières sèches soit d'environ 1 % à environ 10% , c) on incorpore à raison d'environ 1 à environ 50% , et de préférence d'environ 2 à environ 25 % , exprimés par rapport aux matières sèches, de la composition obtenue à l'issue de l'étape b) aux matières premières traditionnelles de la pâte à papier ou du carton, d) on soumet éventuellement :
- les pulpes fermentées obtenues à l'issue de l'étape a) à un blanchiment simultané à l'étape b), ou
- la composition obtenue à l'issue de l'étape c) à un blanchiment, e) on effecme un pulpage ou un raffinage de la composition obtenue à l'issue de l'étape c) ou d) en combinaison avec un traitement mécanique, notamment un cisaillement, permettant la séparation des cellules parenchymales contenues dans les pulpes de betterave fermentées et d'obtention d'une dimension de pulpes inférieure à environ 1000 micromètres,
- on ajoute éventuellement un floculant à l'issue de l'étape c) ou de l'étape e), et de préférence à l'issue de l'étape c).
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