WO2003071032A2 - Compositions utiles comme adjuvants des papiers et cartons et leurs utilisations - Google Patents

Compositions utiles comme adjuvants des papiers et cartons et leurs utilisations Download PDF

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WO2003071032A2
WO2003071032A2 PCT/FR2003/000502 FR0300502W WO03071032A2 WO 2003071032 A2 WO2003071032 A2 WO 2003071032A2 FR 0300502 W FR0300502 W FR 0300502W WO 03071032 A2 WO03071032 A2 WO 03071032A2
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Charles Corby
Hervé Cheradame
HéLéne HEILIGENSTEIN
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Chalen Papier Europe Service
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    • D21H17/67Water-insoluble compounds, e.g. fillers, pigments
    • D21H17/68Water-insoluble compounds, e.g. fillers, pigments siliceous, e.g. clays

Definitions

  • the present invention relates to compositions useful as adjuvants for paper and cardboard, to the uses of these compositions as well as to methods for improving the mechanical and surface characteristics of sheets of paper or cardboard using said compositions.
  • the preparation of the paper pulp which consists of working the raw material (wood, broken production, used paper-cardboard, rags, ...) to obtain a suspension of individualized cellulose fibers, then refining, purifying, possibly dilute and deaerate this suspension,
  • This technique which is mainly used in the manufacture of thin papers (bible paper, crystal paper, peel paper, ...) and paper-cardboard packaging, has the main disadvantage of causing a reduction in the "hand" of the sheet, that is to say of its mass volume, with the consequences of a reduction in its porosity and the possible appearance of secondary printability problems.
  • the use of synthetic latex represents a burden on the environment due to their low biodegradability and poses problems of fouling and, consequently, of operation of the machines and manufacturing circuits during the recycling of broken manufacturing and used paper-cardboard, which notably complicates this recycling by imposing multiple purification operations of the recycled pulp which are expensive and often random.
  • gelatins and diatomaceous earths are capable, in aqueous solution and in the presence of a suitably chosen surfactant, of interacting and constituting networks who form a supramolecular structure close to that of collagen while being devoid of the disadvantages that the latter presents, namely that it is difficult to disperse in water and that it frequently causes yellowing of the paper-cardboards because it comprises chromogenic groups.
  • a suitably chosen surfactant of interacting and constituting networks who form a supramolecular structure close to that of collagen while being devoid of the disadvantages that the latter presents, namely that it is difficult to disperse in water and that it frequently causes yellowing of the paper-cardboards because it comprises chromogenic groups.
  • adjuvants capable of improving, on the one hand, the mechanical characteristics of the sheets of paper-cardboard by mass treatment, and, on the other hand, the surface characteristics. sheets of paper-cardboard by size-press treatment and have thus developed what is the subject of the invention.
  • the subject of the present invention is therefore a composition which is characterized in that it comprises, in weight percentages based on its total weight: - from 20 to 80% of at least one gelatin, and
  • gelatins and diatomaceous earth in the manufacture of paper and cardboard is not new in itself. Indeed, gelatins have been used for a long time as a bonding agent, that is to say as a substance which, added to the paper pulp after its refining, makes it possible to increase the resistance of the sheet. penetration and spreading of aqueous liquids such as ink. They are also used in the manufacture of certain photographic papers such as PE papers, which consist of cellulosic fibers coated with polyethylene and carrying a gelatin emulsion.
  • Diatomaceous earth which is also known under the names of diatomite, kieselguhr, tripoli, randannite, ceyssalite and "fossil flour", are part of the mineral fillers that can be added to the dough paper after refining it in order to increase the opacity of the sheet and, sometimes, its whiteness, to improve its dimensional stability, its structure and its surface condition for better printability and to reduce its price cost, mineral fillers being less expensive than cellulosic fibers.
  • This use of diatomaceous earth is however relatively marginal, the mineral fillers most used in the paper industry being by far kaolin, talc and calcium carbonate, which alone represents 90% of the tonnages of mineral fillers used to manufacture paper and cardboard.
  • gelatins and diatomaceous earths are used in combination and in the presence of a surfactant in order to improve the mechanical characteristics and the surface characteristics of the sheets of cardboard.
  • the gelatin (s) present in the composition are chosen from gelatins of type A (that is to say obtained by acid hydrolysis of collagen) and having a jelly strength of between approximately 150 and 280 Bloom BS (British Standard) as measured according to AFNOR NF V 59-001.
  • Such gelatins which generally have an isoelectric point (pHi) between 6.0 and 9.5 - which allows them to be amphoteric at pH values equal to or close to those normally present in water - are available in particular from the companies PB GELATINS, SKW BIOSYSTEMS and WEISHARDT INTERNATIONAL.
  • the composition comprises a gelatin with a gel strength greater than or equal to 200 Bloom BS or a mixture composed of different gelatins and whose gel strength is at least 200 Bloom BS, such as for example a mixture comprising two gelatins having jelly forces of 175 and 280 Bloom BS respectively in a ratio of 50:50.
  • Diatomaceous earths which are sedimentary rocks of marine or lake origin, formed by the accumulation of siliceous shells of microscopic algae, generally have a silica oxide (SiO 2 ) content of between 86 and 94% after drying, the rest being composed of alumina and alkaline earth.
  • SiO 2 silica oxide
  • these diatomaceous earths have an average diameter (D 50 ) less than or equal to 20 ⁇ m, or even less than or equal to 10 ⁇ m.
  • surfactant means any water-soluble compound or composition capable of reducing the surface tension of liquids or the interfacial tension between two liquids or between a liquid and a solid.
  • the surfactant (s) present in the composition are chosen from the surfactants described in international application WO 01/60916 and which comprise at least one water-soluble protein, at least one water-soluble polysaccharide and at least one compound selected from polyethylene oxides and copolymers of ethylene oxide and another hydrophilic monomer.
  • water-soluble protein and "water-soluble polysaccharide” means any protein or any polysaccharide capable of dissolving completely in water in the absence of any solubilizing agent or treatment, at a concentration at least equal to 20% (w / w) and at a water temperature less than or equal to 60 ° C.
  • the surfactant contains proteins and polysaccharides natural or obtained by transformation of natural compounds.
  • the protein (s) are preferably chosen from gelatins of type A and having a jelly strength of between approximately 150 and 280 Bloom BS, while the polysaccharide (s) are, themselves, preferably chosen from gum arabics whose weight molecular molecular (PM) is between about 10 5 and 10 6 like those sold by the company ALLAND & ROBERT.
  • the surfactant contains proteins and polysaccharides of synthesis or biosynthesis.
  • dextrans such as dextrans 40 and 70, which are marketed by the company PHARMACIA & UPJOHN under the brands Rheomacrodex® and Macrodex®, or those of the company FLUKA, can very well be used in place of natural polysaccharides.
  • the surfactant also comprises at least one compound chosen from polyethylene oxides (POE) and copolymers of ethylene oxide and of another hydrophilic monomer.
  • POE polyethylene oxides
  • block copolymers of ethylene oxide and of quaternized 4-vinylpyridine as described by G. RioisSS (CR Academy of Sciences of Paris, Series C, 1976, 283, pages 269 et seq.)
  • block copolymers of ethylene oxide and amino acids obtained from polyoxides aminotelechelic ethylene according to the method described by H. CHERADAME (Polymer Bulletin, 1994, 33, pages 37 et seq.).
  • the surfactant comprises one or more POEs chosen from POEs with a low PM, that is to say between about 10 3 and 2.10 4 , and which are conventionally called polyethylene glycols.
  • the surfactant comprises, in percentages by weight relative to its total weight:
  • the composition is intended to improve the mechanical properties of sheets of paper-cardboard, it is not useful for the mixture of diatomaceous earth (s) / surfactant (s) to contain another mineral, whereas, in the If the composition is intended to improve their surface characteristics, it may be advantageous to combine the diatomaceous earth (s) with at least one needle-like mineral capable of further improving the filler-pore effect, which is preferably chosen from precipitated calcium carbonates.
  • the diatomaceous earth or earths and this acicular mineral (s) are then preferably present in the composition in a weight ratio of between 1: 3 and 3: 1.
  • the surfactant preferably represents from 0.5 to 5% by weight of the total weight of the minerals present in the composition.
  • the composition is preferably in the form of a powder. To do this, simply mix the different constituents of the composition
  • the composition may be in a liquid or semi-liquid form, after dissolving its constituents in an appropriate volume of water and optional addition of one or more bactericidal and / or fungicidal agents capable of preventing the degradation of the compounds which 'it contains. Whatever form it is in, the composition has many advantages. Indeed :
  • the present invention therefore also relates to the use of a composition as defined above as an adjuvant for paper and cardboard and, in in particular, to improve the mechanical characteristics of sheets of paper or cardboard by mass treatment as well as their surface characteristics by size-press treatment.
  • the present invention also relates to a method for improving the mechanical characteristics of a sheet of paper or cardboard by mass treatment, which is characterized in that it comprises incorporation into the paper pulp, after its refining , of a composition as previously defined.
  • said composition is incorporated into the paste in the form of an aqueous suspension, preferably up to 1 to 5% by weight of dry extract relative to the weight of the fibers contained in said dough.
  • the present invention also relates to a method for improving the surface characteristics of a sheet of paper or cardboard by treatment in size-press, characterized in that it comprises application to one and / or the other side of this sheet of an aqueous suspension of a composition as defined above.
  • the aqueous suspension has a dry extract content of between 20 and 40% (w / w).
  • a composition was prepared for improving the mechanical properties of sheets of paper or cardboard by mass treatment and in the form of a powder, by thoroughly mixing:
  • a powdery surfactant consisting of: 33 parts by weight of a gelatin of pig skin, type A and jelly strength equal to 280 Bloom BS (SKW BIOSYSTEMS company - reference PS 280), - 33 parts by weight of a hard atomized gum arabic, of average PM equal to 5.10 5 (company ALLAND & ROBERT - reference 386A), and
  • the powder thus obtained was dispersed in water at 50 ° C at the rate of 200 g of powder per liter of water and the resulting suspension was added to a refined mixed resinous / hardwood pulp, having a fiber concentration of 4g / l and a drip index of
  • the pulp was then transformed into a sheet of paper with a nominal grammage of 110 g / m 2 , the burst strength of which was measured according to standard NF Q 03-053, the breaking length and the elongation. at break according to standard NF Q 03-004, the thickness according to standard NF Q 03-016 and the actual grammage according to standard NF Q 03-019 so as to determine the hand by the thickness / grammage ratio.
  • EXAMPLE 2 Composition capable of improving the surface characteristics by treatment in size-press
  • a composition is prepared suitable for improving the surface characteristics of sheets of paper or cardboard by treatment in size-press and in the form of a powder, by intimately mixing:
  • the powder thus obtained was dispersed in water at 50 ° C. at the rate of 250 g of powder per liter of water and the resulting suspension was applied in size-press to the two sides of a cardboard made from old paper and having a grammage of 320 g / m 2 , with a deposit on each side of approximately 3.5 g / m 2 (dry).

Abstract

L'invention se rapporte à des compositions utiles comme adjuvants des papiers et cartons, aux utilisations de ces compositions ainsi qu'à des procédés pour améliorer les caractéristiques mécaniques et de surface de feuilles de papier ou de carton mettant en oeuvre lesdites compositions. Ces compositions sont caractérisées en qu'elles comprennent, en pourcentages en poids rapportés à leur poids total : de 20 à 80% d'au moins une gélatine, et de 20 à 80% d'un mélange comprenant au moins une terre à diatomées et au moins un surfactant. Applications : industries de fabrication et de transformation des papiers et des cartons.

Description

COMPOSITIONS UTILES COMME ADJUVANTS DES PAPIERS ET CARTONS ET
LEURS UTILISATIONS
La présente invention se rapporte à des compositions utiles comme adjuvants des papiers et cartons, aux utilisations de ces compositions ainsi qu'à des procédés pour améliorer les caractéristiques mécaniques et de surface de feuilles de papier ou de carton mettant en œuvre lesdites compositions.
Schématiquement, la fabrication des papiers et des cartons - que l'on désignera dans ce qui suit "papiers-cartons" par commodité - comporte quatre étapes :
- la préparation de la pâte à papier, qui consiste à travailler la matière première (bois, cassés de fabrication, papiers-cartons usagés, chiffons, ...) pour obtenir une suspension de fibres de cellulose individualisées, puis à raffiner, épurer, éventuellement diluer et à désaérer cette suspension,
- la transformation de la pâte en une feuille par répartition d'un jet de pâte sur toute la largeur d'une toile sans fin appelée "table de fabrication", puis égouttage, pressage et séchage de la feuille ainsi formée,
- l'application à la feuille d'un ou plusieurs traitements destinés à améliorer son aspect et ses caractéristiques de surface et à les rendre compatibles avec l'usage auquel elle est destinée,
- le bobinage de la feuille et sa mise au format. Afin d'améliorer les caractéristiques mécaniques des feuilles de papier-carton, notamment en vue d'en diminuer le grammage tout en leur conservant les mêmes aptitudes d'application, l'industrie papetière a recours à des latex de polymères synthétiques (latex de styrène-butadiène, latex acryliques, ...) et des macromolécules naturelles modifiées chimiquement (carboxyméthylcellulose, amidons canoniques, ...) qui sont incorporés dans la pâte à papier après son raffinage, mais avant qu'elle ne soit transformée en feuille. On parle donc, dans l'industrie papetière, de "traitement dans la masse".
Cette technique, qui est essentiellement employée dans la fabrication des papiers minces (papier bible, papier cristal, papier pelure, ...)et des papiers-cartonsd' emballage, a comme principal inconvénient d'entraîner une diminution de la "main" de la feuille, c'est-à- dire de son volume massique, avec pour conséquences une diminution de sa porosité et l'apparition éventuelle de problèmes secondaires d'imprimabilité. De plus, l'utilisation de latex synthétiques représente une charge pour l'environnement en raison de leur faible biodégradabilité et pose des problèmes d'encrassement et, partant, de fonctionnement des machines et circuits de fabrication lors du recyclage des cassés de fabrication et des papiers- cartons usagés, ce qui complique notablement ce recyclage en imposant de multiples opérations d'épuration de la pâte recyclée qui sont coûteuses et souvent aléatoires. Par ailleurs, parmi les traitements qui sont appliqués à la feuille après sa formation en vue d'en améliorer les caractéristiques de surface, il en est un qui concerne principalement les feuilles de papier-carton destinées à être couchées, surfacées ou enduites, et qui consiste à déposer à la surface de ces feuilles une sauce comprenant un amidon plus ou moins modifié, associé ou non à des charges minérales. Ce traitement est effectué au niveau d'une presse encolleuse, c'est-à-dire un ensemble de rouleaux disposés entre des sécheurs et entre lesquels passe la feuille pour recevoir une couche uniforme de sauce, qui est plus communément désignée dans l'industrie papetière par l'anglicisme "size-press", ou d'un système analogue tel qu'une "blade metering size-press" par exemple. On parle donc, dans l'industrie papetière, de "traitement en size-press". L'utilisation d'un amidon sans charges minérales permet d'obtenir un renforcement des cohésions interne et superficielle de la feuille, lequel est indispensable pour les papiers-cartons destinés à être soumis à une impression et notamment à une impression offset qui utilise des encres à fort tirant, tandis que l'utilisation d'un amidon associé à des charges minérales permet de réaliser un "bo che-porage", c'est-à-dire un comblement des pores superficiels de la feuille, et, partant, de diminuer le taux de pénétration des liquides purs ou chargés dans les papiers-cartons. Mais, que l'amidon soit chargé ou non, il n'est pas possible d'obtenir les deux effets à la fois.
Il serait donc souhaitable que l'industrie papetière puisse disposer de nouveaux adjuvants qui lui permettent, lorsqu'elle souhaite améliorer les caractéristiques mécaniques de feuilles de papier-carton, d'éviter que cette amélioration ne s'accompagne d'une diminution de leur main et d'effets néfastes sur leur recyclage et sur l'environnement, et, lorsqu'elle souhaite améliorer les caractéristiques de surface de feuilles de papier-carton destinées à être couchées, surfacées ou enduites, d'obtenir en un seul traitement un renforcement de leurs cohésions interne et superficielle et un comblement de leurs pores superficiels. Or, dans le cadre de leurs travaux, les Inventeurs ont constaté que, de manière surprenante, les gélatines et les terres à diatomées sont capables, en solution aqueuse et en présence d'un surfactant convenablement choisi, d'interagir et de constituer des réseaux qui forment une structure supramoléculaire proche de celle du collagène tout en étant dénuée des inconvénients que présente ce dernier, à savoir qu'il est difficile à disperser dans l'eau et qu'il provoque fréquemment un jaunissement des papiers-cartons parce qu'il comprend des groupes chromogènes. Ils ont donc cherché à tirer profit de ce phénomène pour développer des adjuvants capables d'améliorer, d'une part, les caractéristiques mécaniques des feuilles de papier-carton par traitement dans la masse, et, d'autre part, les caractéristiques de surface des feuilles de papier- carton par traitement en size-press et ont, ainsi, mis au point ce qui fait l'objet de l'invention.
La présente invention a donc pour objet une composition qui est caractérisée en ce qu'elle comprend, en pourcentages de poids rapportés à son poids total : - de 20 à 80% d'au moins une gélatine, et
- de 20 à 80% d'un mélange comprenant au moins une terre à diatomées et au moins un surfactant.
Il est à noter que l'utilisation de gélatines et de terres à diatomées dans la fabrication des papiers-cartons n'est pas nouvelle en soi. En effet, les gélatines sont employées de longue date en tant qu'agent de collage, c'est-à-dire en tant que substance qui, ajoutée à la pâte à papier après son raffinage, permet d'augmenter la résistance de la feuille à la pénétration et à l'étalement des liquides aqueux comme l'encre. Elles servent également à la fabrication de certains papiers photographiques comme les papiers PE, qui sont constitués par des fibres cellulosiques enduites de polyéthylene et portant une émulsion de gélatine. Plus récemment, il a été proposé dans la demande internationale PCT WO 02/02705 de conférer aux papiers-cartons des propriétés barrières aux huiles et aux graisses et une certaine résistance à l'eau en les enduisant d'une composition obtenue par précipitation d'une gomme laque dans une solution aqueuse d'une gélatine. Les terres à diatomées, qui sont aussi connues sous les noms de diatomite, kieselguhr, tripoli, randannite, ceyssalite et de "farines fossiles" , font partie, quant-à-elles, des charges minérales susceptibles d'être ajoutées à la pâte à papier après son raffinage dans le but d'augmenter l'opacité de la feuille et, parfois, sa blancheur, d'améliorer sa stabilité dimensionnelle, sa structure et son état de surface pour une meilleure aptitude à l'impression et de diminuer son prix de revient, les charges minérales étant moins chères que les fibres cellulosiques. Cette utilisation des terres à diatomées est toutefois relativement marginale, les charges minérales les plus utilisées dans l'industrie papetière étant de loin le kaolin, le talc et le carbonate de calcium qui représentent à eux seuls 90% des tonnages de charges minérales servant à la fabrication des papiers-cartons.
Ce qui, par contre, est tout à fait nouveau, c'est que les gélatines et les terres à diatomées soient utilisées en combinaison et en présence d'un surfactant en vue d'améliorer les caractéristiques mécaniques et les caractéristiques de surface des feuilles de papier-carton.
Selon une première disposition avantageuse de l'invention, la ou les gélatines présentes dans la composition sont choisies parmi les gélatines de type A (c'est-à-dire obtenues par hydrolyse acide du collagène) et présentant une force en gelée comprise entre environ 150 et 280 Bloom BS (British Standard) telle que mesurée d'après la norme AFNOR NF V 59-001. De telles gélatines, qui ont généralement un point isoélectrique (pHi) compris entre 6,0 et 9,5 - ce qui leur permet d'être amphotères à des valeurs de pH égales ou voisines à celles que présente normalement l'eau -, sont disponibles notamment auprès des Sociétés PB GELATINS, SKW BIOSYSTEMS et WEISHARDT INTERNATIONAL.
De préférence, la composition comprend une gélatine de force en gelée supérieure ou égale à 200 Bloom BS ou un mélange composé de différentes gélatines et dont la force en gelée se situe à au moins 200 Bloom BS, comme par exemple un mélange comprenant deux gélatines ayant des forces en gelée respectivement égales à 175 et 280 Bloom BS dans un rapport de 50:50.
Les terres à diatomées, qui sont des roches sédimentaires, d'origine marine ou lacustre, formées par l'accumulation des carapaces siliceuses d'algues microscopiques, présentent généralement une teneur en oxyde de silice (SiO2) comprise entre 86 et 94% après séchage, le reste étant composé d'alumine et de terre alcaline.
Dans le cadre de la présente invention, il importe peu que les terres à diatomées utilisées soient d'origine marine ou lacustre, tout comme leur teneur en oxyde de silice ne constitue pas un critère essentiel de choix, pour autant qu'elle s'inscrive dans la fourchette mentionnée ci-dessus ou en soit très proche.
Par contre, dans la mesure où les terres à diatomées présentent de légères propriétés abrasives qui se manifestent d'autant plus que leur granulométrie est plus élevée, il est préférable que ces terres à diatomées présentent un diamètre moyen (D50) inférieur ou égal à 20 μm, voire inférieur ou égal à 10 μm.
Il existe de nombreux fournisseurs de terres à diatomées parmi lesquels on peut notamment citer les sociétés WORLD MINERALS (USA) et ses filiales (CELITE FRANCE, CELITE fflSPANICA, ...), CECA (France), WESTERN TNDUSTRIAL CLAY PRODUCTS (Canada) et EAGLE-PICHER MINERALS (USA).
Au sens de la présente invention, on entend par "surfactant", tout composé ou toute composition hydrosoluble capable de réduire la tension superficielle des liquides ou la tension interfaciale entre deux liquides ou entre un liquide et un solide.
Selon une autre disposition avantageuse de l'invention, le ou les surfactants présents dans la composition sont choisis parmi les surfactants décrits dans la demande internationale WO 01/60916 et qui comprennent au moins une protéine hydrosoluble, au moins un polysaccharide hydrosoluble et au moins un composé choisi parmi les polyoxydes d'éthylène et les copolymères d'oxyde d'éthylène et d'un autre monomère hydrophile.
Dans ce qui précède et ce qui suit, on entend par "protéine hydrosoluble" et "polysaccharide hydrosoluble", toute protéine ou tout polysaccharide apte à se dissoudre totalement dans l'eau en l'absence de tout agent ou traitement solubilisant, à une concentration au moins égale à 20% (p/p) et à une température de l'eau inférieure ou égale à 60°C. Dans le cadre de la présente invention, on préfère que le surfactant contienne des protéines et des polysaccharides naturels ou obtenus par transformation de composés naturels. Ainsi, la ou les protéines sont préférentiellement choisies parmi les gélatines de type A et présentant une force en gelée comprise entre environ 150 et 280 Bloom BS, tandis que le ou les polysaccharides sont, eux, de préférence choisis parmi les gommes arabiques dont le poids moléculaire (PM) moyen est compris entre environ 105 et 106 comme celles commercialisées par la société ALLAND & ROBERT.
Il est toutefois également possible que le surfactant contienne des protéines et des polysaccharides de synthèse ou de biosynthèse. Notamment, des dextranes tels que les dextranes 40 et 70, qui sont commercialisés par la société PHARMACIA & UPJOHN sous les marques Rheomacrodex® et Macrodex®, ou ceux de la société FLUKA, peuvent très bien être utilisés en lieu et place des polysaccharides naturels.
Comme précédemment mentionné, le surfactant comprend aussi au moins un composé choisi parmi les polyoxydes d'éthylène (POE) et les copolymères d'oxyde d'éthylène et d'un autre monomère hydrophile. A titre d'exemples de tels copolymères, on peut citer les copolymères blocs d'oxyde d'éthylène et de 4-vinylpyridine quatemisée tels que décrits par G. RïïsSS (C.R. Académie des Sciences de Paris, Série C, 1976, 283, pages 269 et suivantes), et les copolymères blocs d'oxyde d'éthylène et d'aminoacides obtenus à partir de polyoxydes d'éthylène aminotéléchéliques selon le procédé décrit par H. CHERADAME (Polymer Bulletin, 1994, 33, pages 37 et suivantes).
De préférence, le surfactant comprend un ou plusieurs POE choisis parmi les POE de bas PM, c'est-à-dire compris entre environ 103 et 2.104, et qui sont classiquement dénommés polyéthylene glycols.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le surfactant comprend, en pourcentages en poids rapportés à son poids total :
- entre 10 et 70% d'une gélatine de type A et de force en gelée comprise entre environ 150 et 280 Bloom BS, - entre 10 et 70% d'une gomme arabique de PM moyen d'environ 5.105, et
- entre 10 et 60% d'un POE de PM compris entre environ 103 et 2.104.
Dans le cas où la composition est destinée à améliorer les caractéristiques mécaniques de feuilles de papier-carton, il n'est pas utile que le mélange terres(s) à diatomées/surfactant(s) contienne un autre minéral, alors que, dans le cas où la composition est destinée à améliorer leurs caractéristiques de surface, il peut être avantageux d'associer la ou les terres à diatomées à au moins un minéral aciculaire propre à améliorer encore l'effet de bouche- porage, lequel est, de préférence, choisi parmi les carbonates de calcium précipités. La ou les terres à diatomées et ce ou ces minéraux aciculaires sont alors préférentiellement présents dans la composition dans un rapport pondéral compris entre 1:3 et 3:1. Dans tous les cas, le surfactant représente, de préférence, de 0,5 à 5% en poids du poids total des minéraux présents dans la composition.
Compte tenu du risque de prolifération de micro-organismes en présence d'eau et de l'aptitude que présentent ces derniers à dégrader les protéines et les polysaccharides, la composition se présente, de préférence, sous la forme d'une poudre. Pour ce faire, il suffit de mélanger les différents constituants de la composition
- les gélatines, les terres à diatomées et les minéraux aciculaires se présentant, en effet, eux- mêmes sous une forme pulvérulente -, par exemple dans un mélangeur à poudres standards du type à pâles, à tambour ou à mouvement diagonal ou aléatoire. Toutefois, il est impératif de mélanger en premier lieu la ou les terres à diatomées avec le ou les surfactants de manière à ce qu'elles en soient bien imprégnées, à la suite de quoi, on ajoute le ou les minéraux aciculaires - dans le cas où la composition est destinée à en contenir - puis la ou les gélatines. En variante, la composition peut se présenter sous une forme liquide ou semi- liquide, après dissolution de ses constituants dans un volume d'eau approprié et adjonction éventuelle d'un ou plusieurs agents bactéricides et ou fongicides propres à empêcher la dégradation des composés qu'elle renferme. Quelle que soit la forme sous laquelle elle se trouve, la composition présente de nombreux avantages. En effet :
- elle permet, lorsqu'elle est ajoutée à une pâte à papier, d'obtenir une amélioration très significative des caractéristiques mécaniques de la feuille de papier ou de carton formée à partir de cette pâte et, notamment, de la résistance à l'éclatement, de la longueur de rupture et de l'allongement à la rupture de cette feuille, sans toutefois en diminuer la main ;
- elle permet, lorsqu'elle est appliquée sur une feuille de papier ou de carton en size-press, d'obtenir à la fois une augmentation, également très significative, des cohésions interne et superficielle de cette feuille, un comblement de ses pores superficiels et une régularisation de son pouvoir absorbant, ce qui se traduit notamment : . avant couchage ou enduction, par une suppression totale du peluchage,
. après couchage, par une augmentation spectaculaire de la résistance à l'arrachage IGT, et
. après enduction, par un effet barrière total aux huiles et aux graisses ;
- elle présente un pH neutre ou très faiblement alcalin ; ainsi, elle est utilisable sur tous les papiers-cartons quel que soit leur mode de collage (acide ou neutre) et n'a pas d'action corrosive sur le matériel servant à leur fabrication ;
- elle ne provoque pas non plus de phénomène d'encrassement de ce matériel;
- elle respecte l'environnement en raison de sa biodégradabilité optimale ;
- elle peut être préparée uniquement à partir de composés dont l'innocuité vis- à-vis de l'homme et des animaux a été largement démontrée, comme les terres à diatomées, les carbonates de calcium précipités, les gélatines, les gommes arabiques et les polyéthylene glycols ;
- enfin, elle est simple à fabriquer et à mettre en œuvre et son coût de production est tout à fait compatible avec les exigences de l'industrie papetière. La présente invention a donc également pour objet l'utilisation d'une composition telle que précédemment définie en tant qu'adjuvant des papiers et cartons et, en particulier, pour améliorer les caractéristiques mécaniques de feuilles de papier ou de carton par traitement dans la masse ainsi que leurs caractéristiques de surface par traitement en size-press.
La présente invention a aussi pour objet un procédé pour améliorer les caractéristiques mécaniques d'une feuille de papier ou de carton par traitement dans la masse,qui est caractérisé en ce qu'il comprend l'incorporation dans la pâte à papier, après son raffinage, d'une composition telle que précédemment définie.
Selon un mode de mise en œuvre préféré de ce procédé, ladite composition est incorporée dans la pâte sous la forme d'une suspension aqueuse, de préférence à hauteur de 1 à 5% en poids d'extrait sec rapporté au poids des fibres contenues dans ladite pâte. La présente invention a encore pour objet un procédé pour améliorer les caractéristiques de surface d'une feuille de papier ou de carton par traitement en size-press, caractérisé en ce qu'il comprend l'application sur l'une et/ou l'autre des faces de cette feuilled'une suspension aqueuse d'une composition telle que précédemment définie.
Selon un mode de mise en œuvre préféré de ce procédé, la suspension aqueuse présente une teneur en extrait sec comprise entre 20 et 40% (p/p).
L'invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description qui suit et qui se réfère à des exemples de réalisation de compositions conformes à l'invention et de démonstration de leurs propriétés. Il va de soi, toutefois, que ces exemples sont donnés uniquement à titre d'illustrations de l'invention et n'en constituent en aucune manière une limitation.
EXEMPLE 1 : Composition destinée à améliorer les caractéristiques mécaniques par traitement dans la masse
On a préparé une composition destinée à améliorer les caractéristiques mécaniques de feuilles de papier ou de carton par traitement dans la masse et se présentant sous la forme d'une poudre, en mélangeant intimement :
• 100 parts en poids d'une terre à diatomées de D50 égale à 12 μm (société CELITE HISPANICA - référence Primisil® 30A), avec
• 2 parts en poids d'un surfactant pulvérulent constitué de : 33 parts en poids d'une gélatine de peau de porc, de type A et de force en gelée égale à 280 Bloom BS (société SKW BIOSYSTEMS - référence PS 280), - 33 parts en poids d'une gomme arabique dure atomisée, de PM moyen égal à 5.105 (société ALLAND & ROBERT - référence 386A), et
- 34 parts en poids d'un polyéthylene glycol de PM égal à 4000 (société CLARIANT - référence poudre fine qualité Codex), puis en ajoutant :
• 230 parts en poids d'une gélatine de peau de porc, de type A et de force en gelée égale à 200 Bloom BS (société SKW BIOSYSTEMS - référence PS 200), et en mélangeant de nouveau jusqu'à obtention d'un ensemble homogène.
La poudre ainsi obtenue a été dispersée dans de l'eau à 50°C à raison de 200 g de poudre par litre d'eau et la suspension résultante a été ajoutée à une pâte mixte résineux/feuillus raffinée, ayant une concentration fibreuse de 4g/l et un indice d'égouttage de
45° SR (Schopper-Riegler), en une quantité correspondant à l'addition de 2 g de poudre pour
100 g de fibres.
La pâte a ensuite été transformée en une feuille de papier d'un grammage nominal de 110 g/m2, dont on a mesuré la résistance à l'éclatement selon la norme NF Q 03-053, la longueur de rupture et l'allongement à la rupture selon la norme NF Q 03-004, l'épaisseur selon la norme NF Q 03-016 et le grammage réel selon la norme NF Q 03-019 de manière à en déterminer la main par le rapport épaisseur/grammage.
Les résultats sont présentés dans le Tableau 1 ci-dessous et comparés à ceux obtenus pour une feuille de papier fabriquée dans les mêmes conditions à partir d'une pâte mixte résineux/feuillus raffinée de caractéristiques identiques, mais non traitée par la composition conforme à l'invention.
TABLEAU 1
Figure imgf000011_0001
Ces résultats montrent que l'incorporation dans une pâte à papier d'une composition conforme à l'invention permet d'augmenter la résistance à l'éclatement, la longueur de rupture et l'allongement à la rupture d'une feuille de papier formée à partir de cette pâte, respectivement de 17, 18 et 14%, sans toutefois modifier la main de cette feuille.
EXEMPLE 2 : Composition propre à améliorer les caractéristiques de surface par traitement en size-press
On prépare une composition propre à améliorer les caractéristiques de surface de feuilles de papier ou de carton par traitement en size-press et se présentant sous la forme d'une poudre, en mélangeant intimement :
• 30 parts en poids d'une terre à diatomées de D50 égale à 12 μm (société CELITE HISPANICA - référence Primisil® 30A), avec
• 1,2 parts en poids d'un surfactant pulvérulent constitué de :
20 parts en poids d'une gélatine de peau de porc, de type A et de force en gelée égale à 150 Bloom BS (société SKW BIOSYSTEMS - référence PS 150), 50 parts en poids d'une gomme arabique molle atomisée, de PM moyen égal à 5.105 (société ALLANT) & ROBERT - référence 396A), et
30 parts en poids d'un polyéthylene glycol de PM égal à 4000 (société CLARIANT - référence poudre fine), puis en ajoutant successivement :
• 30 parts en poids d'un carbonate de calcium précipité (société SCHAEFFER KALK - référence Precarb® 200),
• 80 parts en poids sec d'une gélatine de peau de porc, de type A et de force en gelée égale à 175 Bloom BS (société SKW BIOSYSTEMS - référence PS 175),
• 80 parts en poids sec d'une gélatine de peau de porc, de type A et de force en gelée égale à 280 Bloom BS (société SKW BIOSYSTEMS - référence PS 280), et en mélangeant après chaque ajout jusqu'à obtention d'un ensemble homogène.
La poudre ainsi obtenue a été dispersée dans de l'eau à 50°C à raison de 250 g de poudre par litre d'eau et la suspension résultante a été appliquée en size-press sur les deux faces d'un carton fabriqué à partir de vieux papiers et présentant un grammage de 320 g/m2, avec une dépose sur chaque face d'environ 3,5 g/ m2 (en sec).
La face supérieure du carton a ensuite été couchée en machine, tandis que la face inférieure a reçu en ligne une enduction barrière à l'huile de 5 g/m2 (en sec). Ce carton a été soumis à un certain nombre de tests avant et après couchage et enduction et il a été constaté que le traitement par une composition conforme à l'invention permet d'obtenir, par rapport à un carton fabriqué, couché et enduit dans les mêmes conditions, mais ayant été traité en size-press par un amidon conventionnel :
- avant couchage ou enduction : une suppression totale du peluchage au moins égale à celle obtenue avec l'amidon pur,
- après couchage : une augmentation spectaculaire (plus de 40%) de la résistance à l'arrachage IGT, et
- après enduction : un effet barrière total aux huiles et aux graisses (test effectué notamment avec le kit 3M n° 14, le plus sévère de la série).

Claims

REVENDICATIONS
1. Composition, caractérisée en ce qu'elle comprend, en pourcentages en poids rapportés à son poids total :
- de 20 à 80% d'au moins une gélatine, et 5 - de 20 à 80% d'un mélange comprenant au moins une terre à diatomées et au moins un surfactant.
2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que la ou les gélatines sont choisies parmi les gélatines de type A et présentant une force en gelée comprise entre environ 150 et 280 Bloom BS telle que mesurée d'après la nonne AFNOR NF V 59-001. o
3. Composition selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend une gélatine de force en gelée supérieure ou égale à 200 Bloom BS ou un mélange composé de différentes gélatines et dont la force en gelée est supérieure ou égale à 200 Bloom BS.
4. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, 5 caractérisée en ce que la ou les terres à diatomées présentent un diamètre moyen (D50) inférieur ou égal à 20 μm et, de préférence, inférieur ou égal à 10 μm.
5. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le ou les surfactants sont choisis parmi les surfactants qui comprennent au moins une protéine hydrosoluble, au moins un polysaccharide hydrosoluble, et au moins un 0 composé choisi parmi les polyoxydes d'éthylène et les copolymères d'oxyde d'éthylène et d'un autre monomère hydrophile.
6. Composition selon la revendication 5, caractérisée en ce que la ou les protéines sont choisies parmi les gélatines de type A et présentant une force en gelée comprise entre environ 150 et 280 Bloom BS. 5
7. Composition selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisée en ce que le ou les polysaccharides sont choisis parmi les gommes arabiques dont le PM moyen est compris entre environ 105 et 106.
8. Composition selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que le surfactant comprend un ou plusieurs POE choisis parmi les POE de PM compris o entre environ 103 et 2.104.
9. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le surfactant comprend, en pourcentages en poids rapportés au poids total dudit surfactant : entre 10 et 70% d'une gélatine de type A et de force en gelée comprise entre environ 5 150 et 280 Bloom BS, entre 10 et 70% d'une gomme arabique de PM moyen d'environ 5.105, et entre 10 et 60% d'un POE de PM compris entre environ 103 et 2.104.
10. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le mélange terre(s) à diatomées/surfactant(s) comprend de plus un ou o plusieurs minéraux aciculaires.
11. Composition selon la revendication 10, caractérisée en ce que le ou les minéraux aciculaires sont choisis parmi les carbonates de calcium précipités et en ce que le rapport pondéral entre la ou les terres à diatomées et ce ou ces minéraux aciculaires est compris entre 1:3 et 3:1. 5
12. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le surfactant représente de 0,5 à 5% en poids du poids des minéraux qu'elle renferme.
13. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle se présente sous la forme d'une poudre. 0
14. Utilisation d'une composition telle que définie dans l'une quelconque des revendications 1 à 13 en tant qu'adjuvant des papiers et cartons.
15. Utilisation selon la revendication 14 pour améliorer les caractéristiques mécaniques de feuilles de papier ou de carton par traitement dans la masse.
16. Utilisation selon la revendications 14 pour améliorer les caractéristiques de 5 surface de feuilles de papier ou de carton par traitement en size-press.
17. Procédé pour améliorer les caractéristiques mécaniques d'une feuille de papier ou de carton par traitement dans la masse, caractérisé en ce qu'il comprend l'incorporation dans la pâte à papier, après son raffinage, d'une composition telle que définie dans l'une quelconque des revendications 1 à 13. 0
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que la composition est incorporée dans la pâte à papier sous la forme d'une suspension aqueuse, de préférence à hauteur de 1 à 5% en poids d'extrait sec rapporté au poids des fibres contenues dans ladite pâte.
19. Procédé pour améliorer les caractéristiques de surface d'une feuille de papier ou de carton par traitement en size-press, caractérisé en ce qu'il comprend l'application sur l'une et/ou l'autre des faces de cette feuille d'une suspension aqueuse d'une composition telle que définie dans l'une quelconque des revendications 1 à 13.
20. Procédé selon la revendications 19, caractérisé en ce que la suspension aqueuse présente une teneur en extrait sec comprise entre 20 et 40% (p/p).
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