WO2004097113A1 - Papier resistant a l'eau, repulpable, hydrophile et au toucher doux - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne le domaine des papiers absorbants et en particulier un nouveau papier résistant à l'eau, repulpable, hydrophile et au toucher doux, ainsi qu'un procédé de fabrication de ce papier. Le papier est préparé à partir d'une pâte à papier comprenant une quantité efficace d'au moins une résine (A) améliorant la force humide et éventuellement d'au moins un promoteur de résistance humide (B), caractérisé en ce que la pâte à papier ou la papier sont mis en contact avec une composition (D) comprenant au moins un polyorganosiloxane (C) comportant par molécule au moins un motif siloxyle substitué par au moins un groupement fonctionnel V directement lié à un atome de silicium, le groupement fonctionnel V étant un groupement à fonction(s) pipéridinyle(s) stériquement encombrée(s).
Description
PAPIER RESISTANT A L ' EAU, REPULPABLE , HYDROPHILE ET AU TOUCHER DOUX
La présente invention concerne le domaine des papiers absorbants et en particulier un nouveau papier résistant à l'eau, repulpable, hydrophile et au toucher doux, ainsi qu'un procédé de fabrication de ce papier.
Pour certaines applications papetières en particulier pour un papier absorbant, il est nécessaire que les papiers conservent à l'état humide une partie de leur résistance à sec. La résistance à l'état humide du papier est généralement exprimée par le ratio : (LR humide / LR sec) x 100 où :
LR humide est la longueur de rupture d'une bande de papier humide, LR sec est la longueur de rupture d'une bande de papier sec. D'une manière générale, les papiers résistants à l'état humide ont une résistance à l'état humide supérieure à 5%.
Afin d'améliorer les propriétés mécaniques du papier à l'état humide, il est d'usage courant au stade de la fabrication du papier d'incorporer dans la masse de la pâte à papier des résines afin d'améliorer la force humide du papier. Par exemple, il est d'usage d'utiliser des résines du type polyamido-amine épichlorhydrine (PAE), résines de bas poids moléculaire, résultant de la condensation d'acide adipique et de la diéthylènediamine suivie d'une réaction du produit de condensation sur l'épichlorhydrine. Ce type de résine réticule sur les fibres cellulosiques à pH neutre. Ces produits sont caractérisés par la présence de structures de type azétidinium. Pour obtenir .des papiers encore plus résistants à l'état humide, ces résines ont été associées à des substances appelées promoteurs de résistance humide telles que des polymères à caractère anionique ou amphotère, par exemple, la carboxyméthylcellulose sodique (H. Espy, 1983 dans Papermaker Research J., pp. 191- 195), la gomme guar modifiée (brevets CA 808,531 ou US 5,318,669) ou un latex anionique ou amphotère de type polymère acrylique (brevet FR 2,769,926).
Cependant, l'utilisation de résines afin d'améliorer la résistance humide du papier entraîne un inconvénient majeur qui est la perte de la sensation de douceur au toucher car le papier devient plus rêche. Pour des applications dans le domaine des papiers absorbants, par exemple les serviettes en papier, les papiers hygiéniques, etc., cette perte de douceur est un frein majeur à la commercialisation du produit en question. De plus, un papier fabriqué à partir de ce type de résine est difficilement repulpable (ou recyclable) ce qui augmente son coût de fabrication. De plus, sur le plan écologique il est souhaitable de générer un minimum de déchets.
L'art antérieur représenté par la demande de brevet JP-6311943 propose un traitement du papier par une émulsion silicone à base de diorganopolysiloxane comprenant un groupement spécifique qui est un aminoalkyle linéaire. Cependant, l'utilisation d'un silicone aminé augmente les propriétés d'hydrofugation du papier ce qui est néfaste pour les propriétés hydrophiles du papier. De plus ce type de papier est difficilement repulpable. Cette solution n'est donc pas acceptable pour des papiers absorbants.
L'industrie papetière est donc dans l'attente de nouvelles solutions permettant d'obtenir des papiers absorbants ou hydrophiles, repulpables, au toucher doux et résistants à l'eau.
A présent, la demanderesse a trouvé de manière inattendue qu'une classe particulière de silicones aminées présente des avantages remarquables par rapport aux autres composés connus de l'art antérieur. En effet, la demanderesse a mis au point un nouveau papier résistant à l'eau, repulpable, hydrophile et au toucher doux à base d'une classe de silicones aminés encombrés qui ne présentent pas les inconvénients de l'art antérieur cité ci-dessus. La demanderesse a aussi mis au point un procédé de préparation de ce même papier.
Il a donc maintenant été trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, qu'il est à présent possible d'obtenir un papier résistant à l'eau, repulpable, hydrophile et au toucher doux.
L'invention concerne donc un nouveau papier résistant à l'eau, repulpable, hydrophile et au toucher doux préparé à partir d'une pâte à papier, de préférence une pâte cellulosique, comprenant une quantité efficace d'au moins une résine (A) améliorant la force humide et éventuellement d'au moins un promoteur de résistance humide (B), caractérisé en ce que la pâte à papier ou le papier sont mis en contact avec une composition (D) comprenant au moins un polyorganosiloxane (C) comportant par molécule au moins un motif siloxyle substitué par au moins un groupement fonctionnel V directement lié à un atome de silicium, le groupement fonctionnel V étant un groupement à fonction(s) pipéπdinyle(s) stériquement encombrée(s) choisi parmi le groupe constitué des: - groupements de formule (I) :
R5 X^
6
- R4 — U - N — R
R5 R5 d) formule dans laquelle:
• R4 est un radical hydrocarboné divalent choisi parmi :
- les radicaux alkylènes linéaires ou ramifiés, ayant 2 à 18 atomes de carbone; - les radicaux alkylène-carbonyle dont la partie alkylene linéaire ou ramifiée, comporte 2 à 20 atomes de carbone;
- les radicaux alkylène-cyclohexylène dont la partie alkylene linéaire ou ramifiée, comporte 2 à 12 atomes de carbone et la partie cyclo-hexylène comporte un groupement OH et éventuellement 1 ou 2 radicaux alkyles ayant 1 à 4 atomes de carbone;
- les radicaux de formule -R7 - O - R7 dans laquelle les radicaux R7 identiques ou différents représentent des radicaux alkylènes ayant 1 à 12 atomes de carbone;
- les radicaux de formule -R7 - O - R7 dans laquelle les radicaux R7 ont les significations indiquées précédemment et l'un d'entre eux ou les deux sont substitués par un ou deux groupement(s) -OH;
- les radicaux de formule -R7 - COO - R7 dans laquelle les radicaux R7 ont les significations indiquées précédemment;
- les radicaux de formule -R8 -O -R9 - O-CO-R8 dans laquelle les radicaux R8 et R9 identiques ou différents, représentent des radicaux alkylènes ayant 2 à
12 atomes de carbone et le radical R9 est éventuellement substitué par un radical hydroxyle;
• U représente -O- ou -NR10-, R10 étant un radical choisi parmi un atome d'hydrogène, un radical alkyle linéaire ou ramifié comportant 1 à 6 atomes de carbone et un radical divalent de formule :
• les radicaux R5 sont identiques ou différents, choisis parmi les radicaux alkyles linéaires ou ramifiés ayant 1 à 3 atomes de carbone et le radical phényle; et
• le radical R6 représente un radical hydrogène, le radical R5 ou O* ; et
des groupements de formule (II)
R5
R' -.- U' XN -R6i
J (N) formule dans laquelle: • R'4 est choisi parmi :
- un radical trivalent de formule
_
où m représente un nombre de 2 à 20, et un radical trivalent de formule :
Selon la présente invention, par « quantité efficace d'au moins une résine (A) améliorant la force humide et éventuellement d'au moins un promoteur de résistance humide (B) », on entend la quantité nécessaire et suffisante afin d'obtenir l'effet souhaité. La quantité variera en fonction du type de papier (absorbant, super absorbant,...), par exemple des quantités utiles de résine (A) et de promoteur de résistance humide (B) selon l'invention, exprimées en matière sèche par rapport à la masse de fibres sèches de
papier, sont généralement compris entre 0,01 et 5%. Cependant, on pourra faire varier ce ratio au-delà de cet intervalle si cela est nécessaire.
Avantageusement, le polyorganosiloxane (C) est composé des motifs siloxyles représentés par la formule (III):
formule dans laquelle :
(1) les symboles Z, identiques ou différents, représentent R1, et/ou V;
(2) les symboles R1, R2 et R3, identiques et/ou différents, représentent chacun un radical alkyle en C Cι2, linéaire ou ramifié, éventuellement substitué, un radical cycloalkyle en C5-C10, éventuellement substitué, un radical aryle en Cβ-C-is, éventuellement substitué, un radical aralkyle, éventuellement substitué ou un radical -OR13 où R13 représente un hydrogène, un radical alkyle, linéaire, ramifié ou cyclique, ayant de 1 à 15 atomes de carbone et un groupement hydrόcarboné comprenant une fonction époxyde et/ou polyéther ;
(3) les symboles V ayant la même définition que ci-dessus; et
(4) - le nombre de motifs siloxyles sans groupement V est compris entre 1 et 800,
- le nombre de motifs siloxyles avec un groupement V est compris entre 1 et 20, et - 0 < w <_10 et 8 < y <798.
Selon un mode de réalisation préféré, le polyorganosiloxane (C) de formule (III) est linéaire (w=0) et les symboles R1, R2 et R3 de la formule (III) sont des groupements méthyles.
Selon un autre mode préféré, les groupements fonctionnels V du polyorganosiloxane (C) sont définis par les formules (I) et (II) dans lesquelles les groupements R5 sont des méthyles.
Plus précisément, le polyorganosiloxane (C) selon l'invention est un composé de formule générale (IV) suivante :
(CH3)3-s 0- Si -(CHâ 3)'.3
(IV) formule dans laquelle : les différents motifs sont répartis de manière statistique dans la chaîne ; p représente un nombre supérieur ou égal à 0 ; r représente un nombre supérieur ou égal à"0; q représente un nombre supérieur ou égal à 1 , de préférence compris entre 1 et 20 ;
R'1 représente un radical alkyle, linéaire ou ramifié, ayant 1 à 18 atomes de carbone; les groupements U, R et R ont la même définition que ci-dessus.
Selon un mode préféré, la somme p+r est comprise entre 1 et 800.
Parmi les résines (A) améliorant la force humide utiles selon l'invention, on peut citer notamment des résines cationiques de type polyamido-amine épichlorhydrine (PAE) ou des résines cationiques de polyamide de marque Amres (par exemple les résines Amres® 2747, Amres® 8855, Amres® 8870, Amres® HS-30, Amres® HP-25, Amres® MOC- 3066, Amres® LA 12-2, Amres® C12, Amres® C20, Amres® C25, Amres® C28, Amres® X- 184, Amres® C382, Amres® PR-335 CU, Amres® PR-247 HV et Amres® LOPR) commercialisées par la société Georgia-Pacific Résines. D'autres résines sont décrites dans les brevets US 3,372,086 ; US 3,607,622, US 3,914,155, US 4,233,411 , US 3,556,932, US 3,734,977, US 4,722,964 et US 5,567,798.
De manière préférée, la résine (A) améliorant la force humide est choisie parmi le groupe constitué des résines cationiques de type polyamido-amine épichlorhydrine.
Parmi les promoteurs de résistance humide (B) utiles selon l'invention, on peut citer des polymères à caractère anionique ou amphotère tels que la carboxyméthylcellulose sodique décrit dans l'article par H. Espy, 1983 dans Papermaker Research J., pp. 191- 195), la gomme guar modifiée (décrit dans les brevets CA 808,531 ou US 5,318,669) et un latex anionique ou amphotère de type polymère acrylique (décrit dans le brevet FR 2,769,926).
La composition (D) conprenant le polyorganosiloxane (C) peut être préparée sous de nombreuses formes : liquide, gazeuse ou solide. Dans le cas d'une préparation liquide de la composition, celle-ci sera avantageusement aqueuse soit sous forme de solution, dispersion ou d'émulsion. De préférence, la composition est préparée sous forme d'émulsion aqueuse. Le papier est soit imprégné par cette composition ou alors celle-ci est soit ajoutée à la pâte à papier ou soit appliquée au papier au cours du procédé de fabrication du papier.
Les emulsions aqueuses sont généralement à base d'un mélange d'huile et d'eau, et sont préparées selon les méthodes classiques bien connues de l'homme du métier en utilisant des agents tensioactifs. Par exemple, les emulsions peuvent se faire par les méthodes dites directes ou par inversion. Leur réalisation est aisée et ne nécessite pas l'utilisation d'appareillage à haute vitesse d'agitation. Un appareillage à vitesse normale d'agitation peut-être utilisé.
En général, les emulsions aqueuses préparées en accord avec l'invention contiennent de préférence entre 20 et 90% en poids d'eau par rapport à la masse totale des constituants de l'émulsion. Pour une meilleure application lorsque la composition est appliquée au papier. Ces emulsions s'avèrent stables à température ambiante.
L'application au papier de la composition (D) selon l'invention peut être effectuée sous des formes très diverses. Les applications peuvent être réalisées par immersion, enduction, pulvérisation, impression, "foulardage" (padding en anglais), ou par tout autre moyen existant.
La quantité de polyorganosiloxane (C) déposée sur le papier à traiter ou ajoutée à la pâte à papier varie selon la constitution et le type de papier. En général, les meilleurs résultats ont été observés avec une quantité de polyorganosiloxane comprise entre 0.1 et 10 % en poids par rapport au poids de la matière sèche à traiter.
Les polyorganosiloxanes (C) précédemment définis peuvent être préparés selon différents procédés; par exemple : par redistribution ou par une réaction d'hydrosilylation (voir par exemple le brevet EP 388,321).
La présente invention concerne aussi un procédé de fabrication d'un papier résistant à l'eau, repulpable, hydrophile et au toucher doux dans lequel on prépare une pâte à papier, de préférence une pâte cellulosique, comprenant une quantité efficace d'au moins une résine (A) améliorant la force humide et éventuellement d'au moins un promoteur de résistance humide (B) caractérisé en ce que la pâte à papier .ou Je papier sont mis en contact avec une composition comprenant au moins un polyorganosiloxane (C) tel que défini ci-dessus.
Ce procédé présente comme avantage de fabriquer un papier résistant à l'eau, repulpable, hydrophile et au toucher doux. Un autre avantage associé à ce procédé est la possibilité de repulper facilement les déchets baissant ainsi les coûts de production.
Des exemples de résine (A) améliorant la force humide utiles selon le procédé de l'invention sont tels que décrits ci-dessus.
De manière préférentielle, la résine (A) améliorant la force humide est choisie parmi le groupe constitué des résines cationiques de type polyamido-amine épichlorhydrine (PAE).
A titre illustratif, le procédé de fabrication du papier selon l'invention peut être décrit par les étapes a) à f) qui, hormis l'utilisation de la composition (D) selon l'invention, sont connues en soi par l'homme du métier et se résument ainsi : a) La pâte à papier est mise en suspension dans l'eau à l'intérieur de " pulpeurs " pour séparer les fibres. Après épuration, la pâte subit une opération dite de ""raffinage ", qui a pour but d'hydrater les fibres, de manière à permettre leur enchevêtrement. C'est alors que l'on ajoute à la pâte les charges minérales (carbonate de calcium, kaolin, talc, dioxyde de titane) et les adjuvants (colles, agents de rétention, antimousse, antislimes, colorants, nuanceurs, azurants...), qui amélioreront les caractéristiques du papier. Selon une première variante de l'invention, c'est à ce premier stade que la composition (D) selon l'invention peut-être ajoutée à la pâte à papier. b) La pâte est de nouveau épurée, puis diluée et désaérée. Puis, la pâte est distribuée sous forme de " jet " sur toute la largeur d'une toile d'un ensemble mécanique appelé " table de formation ". Cette toile est soumise à un mouvement saccadé de va-et-vient latéral qui facilite la formation homogène de la feuille de papier et son égouttage. Les fibres ont tout naturellement tendance à s'aligner elles-mêmes dans le sens de déplacement du flot de pâte. La feuille de papier contient de 75 à 85% d'eau à sa sortie de la " table ". c) Dans cette étape, le pourcentage d'eau dans la feuille de papier est réduit à 60 ou 70% par la technique de pressage qui permet aussi d'augmenter la compacité et d'améliorer l'état de surface par action mécanique sur la feuille encore très malléable. d) Ensuite, la feuille de papier est séchée au moyen de tambours de fonte chauffés intérieurement à la vapeur. e) On procède éventuellement à une étape d'enduction ou " couchage " de la feuille de papier. Le papier est enduit d'une composition à base d'amidon et éventuellement d'autres matières telles que, des pigments minéraux (carbonate, talc...), des colorants, des azurants, des nuanceurs et des dispersants.
f) Eventuellement, on peut effectuer l'égalisation de la surface du papier au moyen de rouleaux d'acier poli. Le papier ainsi traité subit une égalisation de sa surface, par compression : il est dit " apprêté " ou "satiné ".
Selon une deuxième variante du procédé, on peut traiter le papier avec la composition (D) selon l'invention après les étapes d), e) et/ou f).
La présente invention concerne aussi l'utilisation de la composition (D) comprenant au moins un polyorganosiloxane (C) comportant, par molécule, au moins un motif siloxyle substitué par au moins un groupement fonctionnel V directement lié à un atome de silicium dans la fabrication, par voie humide, d'un papier résistant à l'eau, repulpable, hydrophile et au toucher doux.
La présente invention est particulièrement adaptée pour des applications telles que les serviettes en papier, les papiers hygiéniques, les papiers absorbants ménagers ou pour l'hygiène, les mouchoirs en papier ou tout autre papier nécessitant de bonnes propriétés absorbantes, une bonne résistance mécanique à l'eau, une bonne aptitude au repulpage et un toucher doux.
Les exemples suivants sont donnés à titre illustratif et ils ne peuvent être considérés comme une limite de la portée de l'invention.
EXEMPLES
Les exemples ci-dessous illustrent les propriétés des compositions comprenant les polyorganosiloxanes selon l'invention.
Les papiers utilisés sont les suivants : - essuie-mains (petit rouleau) ;
- essuie-tout de laboratoire (gros rouleau) ; et
- serviette de table papier.
La technique de traitement du papier utilisée pour les tests est la technique d'imprégnation par foulardage. Pour cela, on applique les polyorganosiloxanes en phase aqueuse. La dilution des emulsions est calculée de façon à déposer 1% de silicone sec sur le papier.
Les polyorganosiloxanes sont testés en application sous forme d'émulsion aqueuse et les mesures d'hydrophilie et d'évaluation du toucher sont effectuées selon les tests décrits ci-dessous.
Test de toucher.
Après imprégnation de l'émulsion, le papier est séché par un traitement thermique 3 minutes à 150 °C, et est placé 24 heures en conditionnement ( 23 ± 2°C, 60% ± 5 % d'humidité relative). L'évaluation de la douceur se fait par un groupe de testeurs à qui on demande de classer les échantillons de papier du plus rêche (note minimum = 1) au plus doux (note maximum = nombre total d'échantillons).
Mesure d'hydrophilie. Les mesures d'hydrophilie sont données par le test TEGEWA dans lequel on mesure le temps d'absorption d'une goutte d'eau déposée à la surface du papier. Plus le temps est court, plus le papier est hydrophile.
Préparation des emulsions. Les huiles silicones des emulsions testées E1 et E2 (invention) ont pour structure :
Emulsion E1 : x=10 et y = 700
Emulsion E2 : x=2 et y = 100. L'émulsion C1 (comparatif) est une emulsion à base d'huile silicone fonctionnalisée par une fonction aminée linéaire de structure :
Me3SιO( iOMe )ySiMe3
NH -
avec x=1 ,5 et y=135.
Les emulsions sont préparées en mettant en oeuvre une méthode d'émulsification par inversion, et ont la composition suivante: 20 g d'huile silicone testée, 8 g de tensioactif (alcool gras en C13E6), une quantité d'acide acétique glacial stoechiométriquement nécessaire à la neutralisation de l'amine et le complément à 100g avec de l'eau.
Résultats.
Claims
(1) les symboles Z, identiques ou différents, représentent R1 , et/ou V;
(2) les symboles R1 , R2 et R3, identiques et/ou différents, représentent chacun un radical alkyle en C-ι-Cι2, linéaire ou ramifié, de préférence méthyle, éventuellement substitué, un radical cycloalkyle en C5-C10, éventuellement substitué, un radical aryle en C6-C18, éventuellement substitué, un radical aralkyle, éventuellement substitué ou un radical -OR13 où R13 représente un hydrogène, un radical alkyle, linéaire ou ramifié, ayant de 1 à 15 atomes de carbone et un groupement hydrocarboné comprenant une fonction époxyde ou polyéther ;
(3) les symboles V ayant la même définition que dans la revendication 1 ; et
(4) le nombre de motifs siloxyles sans groupement V est compris entre 1 et 800, le nombre de motifs siloxyles avec un groupement V est compris entre 1 et 20, et
0 < w <_10 et 8 < y <798.
3 - Papier résistant à l'eau, repulpable, hydrophile et au toucher doux selon la revendication 2 caractérisé en ce que le polyorganosiloxane (C) est défini par la formule (III) dans laquelle w=0 et les radicaux R1 , R2 et R3 sont des groupements méthyles.
4 - Papier résistant à l'eau, repulpable, hydrophile et au toucher doux selon la revendication 1 caractérisé en ce que les groupements fonctionnels V du polyorganosiloxane (C) sont définis par lesdites formules (I) et (II) dans lesquelles les groupements R5 sont des méthyles.
5 - Papier résistant à l'eau, repulpable, hydrophile et au toucher doux selon la revendication 1 caractérisé en ce que la résine (A) améliorant la force humide est choisie parmi le groupe constitué des résines cationiques de type polyamido-amine épichlorhydrine (PAE).
6 - Papier résistant à l'eau, repulpable, hydrophile et au toucher doux selon la revendication 1 caractérisé en ce que la pâte à papier est une pâte cellulosique.
7 - Procédé de fabrication d'un papier résistant à l'eau, repulpable, hydrophile et au toucher doux dans lequel on prépare une pâte à papier comprenant une quantité efficace d'au moins une résine (A) améliorant la force humide et éventuellement d'au moins un promoteur de résistance humide (B) caractérisé en ce que la pâte à papier ou le papier sont mis en contact avec une composition comprenant au moins un polyorganosiloxane (C) défini selon l'une des revendications 1 à 4.
8- Procédé de fabrication d'un papier résistant à l'eau, repulpable, hydrophile et au toucher doux selon la revendication 7 caractérisé en ce que la résine (A) améliorant la force humide est choisi parmi le groupe constitué des résines cationiques de type polyamido-amine épichlorhydrine.
9- Procédé de fabrication d'un papier résistant à l'eau, repulpable, hydrophile et au toucher doux selon la revendication 7 caractérisé en ce que la pâte à papier est une pâte cellulosique.
10 - Utilisation de la composition (D) selon la revendication 1 comprenant au moins un polyorganosiloxane (C) comportant par molécule au moins un motif siloxyle substitué par au moins un groupement fonctionnel V selon les revendications 1 à 4 directement lié à un
atome de silicium dans la fabrication par voie humide d'un papier résistant à l'eau, repulpable, hydrophile et au toucher doux.
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