WO2016135625A1 - Composition de couchage comprenant des protéines de blé hydrolysées - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne une composition de couchage de papier ou de carton ayant une matière sèche comprise entre 45 et 80%, comprenant i) des liants parmi lesquels au moins un amidon modifié et un adhésif ii) une protéine de blé hydrolysée ayant une masse moléculaire moyenne comprise entre 7 et 1000kDa, et iii) une charge minérale ainsi que le procédé d'obtention d'une telle composition. L'invention concerne également un procédé de revêtement ou d'azurage de papier ou de carton comprenant les étapes consistant en i) la fourniture d'une composition selon l'invention, et au ii) dépôt ladite composition sur un substrat en papier ou en carton et le papier ou carton couché ainsi obtenu. L'invention concerne enfin l'utilisation d'une protéine de blé hydrolysée dans le remplacement du latex dans une composition de couchage de papier ou de carton.

Description

Composition de couchage comprenant des protéines de blé hydrolysées

Domaine technique

La présente invention concerne une composition de couchage de papier ou de carton comprenant un amidon modifié et une de protéine de blé hydrolysée ainsi que le procédé pour obtenir une telle composition. L'invention concerne également, un procédé de revêtement ou d'azurage de papier ou de carton mettant en œuvre une telle composition, le papier ou carton couché ainsi obtenu. L'invention concerne enfin, l'utilisation d'une protéine de blé hydrolysée dans le remplacement du latex dans une composition de couchage de papier ou de carton.

Arrière-plan technique

L'enduction également appelée couchage est une étape de finition du papier ou du carton qui permet de conférer à une feuille de papier ou à un carton un certain nombre de propriété, comme l'opacité, la brillance, la blancheur ou encore d'améliorer l'imprimabilité pour des procédés d'impression tels que l'offset ou l'héliogravure. Au cours de cette étape d'enduction, une composition appelée sauce de couchage est appliquée à la surface du papier ou du carton. Cette composition comprend généralement au moins une charge minérale ou pigmentaire, au moins un liant et d'autres additifs tels que notamment des dispersants, des modificateurs de rhéologies, des lubifiants, des azurants optiques ou des anti-mousses.

L'industrie du papier utilise de nombreux produits chimiques tels que des tensioactifs, des azurants optiques, des agents de résistance à l'eau (résine cétone, latex anionique...) pour donner au papier différentes propriétés ou en simplifier le procédé d'obtention. Le latex, typiquement le latex synthétique de type styrène - butadiène est le liant le plus largement utilisé. Il a pour fonction de permettre la cohésion entre les différents éléments de la composition et de les lier aux fibres. Le latex synthétique est produit à partir de ressources pétrolières qui sont par définition non-renouvelables. Afin de réduire le nombre de produits chimiques employés dans cette industrie, de diminuer la consommation de produits dérivés du pétrole ainsi que les coûts, le remplacement du latex dans les sauces de couchage représente un marché potentiel mais également un défi technique de taille. En effet, il est très difficile de maintenir les performances d'une sauce de couchage en réduisant la proportion de latex synthétique utilisée.

De nombreuses pistes ont été testées parmi lesquelles l'utilisation de protéines de soja (US 2006/174801). Or, ces produits ont conduits à l'obtention de sauces de couchage extrêmement visqueuses ou devant être utilisées à de très faibles teneurs en matière sèche (de l'ordre de 38 à 44% MS) afin de compenser cette viscosité ou d'assurer une mise en solution de ces produits.

L'art antérieur décrit également l'utilisation d'amidon soluble à froid dans de telles composition on peut citer par exemple, la demande internationale de brevet WO 08/104574. Cependant, ces amidons ont tendance à former des agrégats lors de leur mise en solution, ils nécessitent en outre l'utilisation de mixeur à fort cisaillement dont ne sont pas équipé la plupart des papetiers.

Par ailleurs, il faut noter que les sauces de couchage sont destinées à être appliquées à la surface du papier ou du carton en très fines couches et à très haute vitesse. Leur application s'effectue au moyen d'une lame ou d'une tige filtée qui exerce à la surface du papier des forces de cisaillement très importantes. Ainsi, en cas de non homogénéité ou d'excès de viscosité, ces forces de cisaillement entraînent non seulement au niveau de la zone d'application, des turbulences responsables de défauts dans la dépose appelés « baves » ou « perles » mais aussi une augmentation de la pression exercée sur le papier augmentant par là même les risques de casse et donc potentiellement des heures d'arrêt de production.

Afin de résoudre ce problème technique, l'art antérieur propose des compositions de couchage ayant une faible teneur en matière sèche. Or, la réduction de la matière sèche de la composition (et donc l'augmentation de la teneur en eau) afin d'en réduire la viscosité n'est pas une solution avantageuse dans la présente application. En effet, la sauce de couchage présente une tendance naturelle à transférer dans la feuille de papier tout ou partie de l'eau et des parties hydrosolubles qu'elle contient. Ceci à plusieurs conséquences dont la première est la fragilisation du papier ou du carton qui par l'excès d'eau, peut perdre son intégrité et entraîner une casse du papier produit et donc des heures d'arrêt de production. La seconde est la perte de brillance du papier observée suite à la migration des parties hydrosolubles de la sauce de couchage dans le papier. Cette migration entraine une troisième conséquence qui est la fragilisation de la cohésion de la couche du papier entraînant des problèmes lors de l'impression. On peut citer par exemple des dépôts de fibres ou de charges minérales provenant de la couche sur les blanchets lors de l'impression offset. La dernière conséquence de cet excès en eau de la composition de couchage est l'augmentation de l'énergie et/ou du temps nécessaire au séchage du papier ou du carton obtenu.

En outre, l'avantage d'une sauce de couchage ayant à la fois une haute matière sèche et une faible viscosité au-delà de la résolution de problèmes précédemment cités, est la faible dépose nécessaire de la sauce de couchage. En sus, une sauce de couchage de faible viscosité aurait également l'avantage de permettre un couchage à très haute vitesse ce qui constitue un très net avantage industriel.

Par ailleurs, parmi les pistes envisagées dans le remplacement du latex, aucune ne permet l'amélioration et tout le moins le maintien des capacités de résistance à l'arrachement du papier ou du carton obtenu. Or, une forte résistance à l'arrachement garanti la conservation de l'intégrité du papier ou du carton lorsqu'une force est exercée à sa surface et ainsi une plus large utilisation de ce dernier. Cette propriété est primordiale dans les impressions notamment offset où le papier est soumis à de fortes contraintes à la sortie des rouleaux encreurs. En effet, à cette étape, le film d'encre se sépare en 2 parties, l'une restant sur le papier et l'autre sur le blanchet. Lors de cette séparation une force normale est exercée sur le papier entraînant l'arrachement des particules (fibres ou charges minérales) mal liées entre elles ou au papier et leur dépôt sur les blanchets. Ce phénomène est responsable de l'encrassement des blanchets et peut obliger l'imprimeur à un arrêt de la production pour leur nettoyage.

Il n'existe donc pas, actuellement, de composition de couchage ayant à la fois une teneur réduite en latex au-delà de ce que décrit l'art antérieur, une très haute matière sèche et une faible viscosité tout en conférant au papier ou au carton obtenu une forte résistance à l'arrachement. C'est donc l'objet de la présente invention que de proposer une sauce de couchage répondant aux besoins de l'art antérieur

Description détaillée de l'invention

L'invention concerne une composition de couchage de papier ou de carton ayant une matière sèche comprise entre 45 et 80%, préférentiellement 50 et 78%, plus préférentiellement 55 et 75%, comprenant :

• des liants parmi lesquels au moins un amidon modifié et un adhésif préférentiellement synthétique,

• une protéine de blé hydrolysée ayant une masse moléculaire moyenne comprise entre 7 et l000kDa, et

• une charge minérale.

Par « composition de couchage de papier ou de carton », on entend une composition particulièrement adaptée pour le couchage du papier ou du carton. Il s'agit d'une formulation aqueuse contenant classiquement de l'eau, au moins une charge minérale, un ou plusieurs liants ainsi que divers additifs.

Typiquement, la composition selon l'invention comprend en parts pour 100 parts en poids de charge minérale :

- 1 à 99 parts de liants, préférentiellement, 1 à 50 parts, plus préférentiellement 1 à 15 parts, et

- 1 à 50 parts en poids de protéine de blé, préférentiellement, 1 à 20 parts, plus préférentiellement 1 à 8 parts,

Le terme «protéine de blé » désigne une fraction protéique insoluble dans l'eau, extraite de la farine de blé par voie humide et ensuite séchée appelée également le gluten de blé. Typiquement, les protéines de blé ayant une masse moléculaire moyenne comprise entre 7 et lOOOkDa sont obtenues par hydrolyse selon des méthodes bien connues de l'homme du métier [Anfinsen, C.B. Jr.(1965) Advances in protein chemistry : v.20. New York and London : Académie Press]. Typiquement, l'hydrolyse peut être thermique, acide ou enzymatique. L'hydrolyse enzymatique est préférée.

Un gluten de blé particulièrement adapté pour la présente invention est le SOLPRO® 508 commercialisé par TEREOS SYRAL Typiquement, la protéine de blé hydrolysée selon l'invention a une masse moléculaire moyenne en poids comprise entre 7 et 800kDa, 5 et 500kDa ou 8 et lOOkDa, préférentiellement entre 9 et 80kDa, plus préférentiellement entre 10 et 70 Da, encore plus préférentiellement entre 12 et 50 Da, encore plus préférentiellement entre 13 et 40 Da. Par « liant », on entend un composé ayant la fonction de coller les particules de charge minérale (ou pigments) entre elles et de maintenir la couche à la surface du papier.

Selon l'invention, la composition comprend un ratio liants / protéine de blé de 1 :5 à 5 : 1, préférentiellement de 1 : 3 à 3 : 1, plus préférentiellement 1 : 2 à 2 : 1. Selon la présente invention les liants sont au moins un amidon modifié et un adhésif tel qu'un adhésif synthétique. Typiquement dans un ratio amidon modifié/adhésif synthétique de 1 :5 à 5 : 1, préférentiellement de 1 : 3 à 3 : 1 , plus préférentiellement 1 : 2 à 2 : 1.

Par amidon modifié on entend au sens de la présente invention tout amidon qui a été traité chimiquement ou physiquement.

Les molécules d'amidons modifiés présents dans la présente invention peuvent provenir d'une source végétale telle que les céréales, les tubercules, les racines, les légumes et les fruits. Ainsi, le ou les amidons peuvent provenir d'une source végétale choisie parmi le maïs, les pois, la pomme de terre, la patate douce, la banane, l'orge, le blé, le riz, l'avoine, le sagou, le tapioca et le sorgo.

De manière plus particulière, les réactions de modification peuvent être réalisées par exemple : • par prégélatinisation en faisant éclater les granules d'amidon (par exemple séchage et cuisson dans un tambour sécheur) ;

• par hydrolyse acide en utilisant par exemple des acides forts ou par hydrolyse enzymatique,

• par oxydation en utilisant par exemple des oxydants forts conduisant à l'introduction de groupes carboxyle dans la molécule d'amidon et à la dépolymérisation de la molécule d'amidon (par exemple en traitant une solution aqueuse d'amidon par l'hypochlorite de sodium) ;

• par réticulation par des agents fonctionnels capables de réagir avec les groupes hydroxyle des molécules d'amidon qui vont ainsi être liées entre elles (par exemple avec des groupes glycéryl et/ou phosphate) ; on obtient par exemple des composés phosphorés des phosphates de monoamidon (du type Am-O-PO- (OX)2), des phosphates de diamidon (du type Am-O-PO-(OX)-O-Am) ou même de triamidon (du type Am-O-PO- (0-Am)2) ou leurs mélanges. X désigne par exemple des métaux alcalins ou alcalinoterreux,

• par estérification en milieu alcalin pour le greffage de groupes fonctionnels, notamment acyl en C1-C6 (acétyl), hydroxyalkylés en C1 -C6 (hydroxyéthyl, hydroxypropyl), carboxyméthyl, octénylsuccinique. On peut citer en particulier les amidons modifiés par le carboxyméthyl de sodium ;

• par dextrinisation telle que par exemple par un traitement d'un amidon natif en phase sèche, par action de la chaleur, dans un milieu sec ou non, en présence ou non d'agent chimique, par action de la chaleur ou la combinaison de ces différents moyens. Pour la plupart, qu'ils soient discontinus ou continus, ces procédés font appel à des températures de transformation supérieures à 80°C et à la présence facultative d'un acide, d'un agent alcalin et / ou d'un agent oxydant.

Les amidons modifiés appropriés comprennent, mais ne sont pas limités aux amidons prégélatinisés, aux amidons de faible viscosité (par exemple, les dextrines, les amidons hydrolysés, les amidons oxydés), amidons stabilisés (par exemple, des esters d'amidon, les éthers d'amidon), amidons réticulés et les amidons qui ont reçu une combinaison de traitements (par exemple, de réticulation et gélatinisation) et leurs mélanges. Les dextrines sont les amidons modifiés préférés. Par « dextrine » au sens de la présente invention, on entend un amidon modifié obtenu à partir d'amidon natif par dextrinisation, typiquement les dextrines selon l'invention ne sont soumises à aucune autre modification, notamment chimique. Les dextrines adaptées à la présente invention sont par exemple, les dextrines blanches, généralement obtenues par transformation de l'amidon à des températures souvent comprises entre 100 et 170°C, en présence d'agent(s) chimique (s), notamment d'acide, en quantités relativement élevées. Les dextrines jaunes, souvent obtenues par transformation de l'amidon à des températures plus élevées, généralement comprises entre 170 et 230°C, en présence d'agent (s) chimiques, notamment d'acide. Enfin, les dextrines dites « British GUM » obtenues par la seule action de la chaleur, à température élevée, souvent supérieure à 230°C. Une dextrine particulièrement adaptée à la présente invention est une dextrine base blé typiquement la dextrine MYLOFILM® 214 ou MYLOFILM® 218commercialisée par la société TEREOS SYRAL. Typiquement, dans le cadre de la présente invention, l'amidon modifié particulièrement adaptée présente une masse moléculaire en poids comprise entre 20 et 300 kDa, préférentiellement, 30 et 250 kDa, plus préférentiellement entre 35 et 233 kDa, encore plus préférentiellement entre 40 et 200 Da, encore plus préférentiellement entre 42 et 150 kDa et/ou une viscosité comprise entre 50 et 400 mPa.s (brookfield, 70°C, 31 % DS). La mesure au viscosimètre brookfield de l'amidon modifié telle que par exemple d'une dextrine s'effectue en solution et est réalisée sur un modèle RVDV-E, la mesure est faite à une vitesse de 20 tour/min avec la broche 3. Les mesures sont faites à 70°C. Le module est trempé dans une composition d'amidon modifié en suspension à 31% de matière sèche jusqu'au trait indicateur de la broche, la valeur est relevée après 10 s de tour.

Par « masse moléculaire moyenne » on entend la masse moléculaire moyenne en poids.

Dans le cadre de la protéine hydrolysée cette masse moléculaire moyenne est mesurée par chromatographie d'exclusion stérique (SE-HPLC) couplée avec un détecteur UV réglé à la longueur d'onde de 214 nm. La chromatographie d'exclusion stérique est équipé d'une pompe faisant circuler un éluant composé d'un tampon phosphate PBS (0,1 M Na2HP04-NaH2P04 avec 0,1 % de SDS) à un débit de 0,7 ml/min dans une colonne TS G4000SWxl. Cette mesure est exprimée en Dalton. La préparation d'un échantillon peut se faire en solubilisant le produit étudié dans un tampon phosphate d'extraction avec 1 % de SDS suivie d'une centrifugation pour récupérer le surnageant.

Dans le cadre de l'amidon modifié et plus particulièrement de la dextrine, la masse moléculaire moyenne est exprimée en Dalton et peut être déterminée par l'homme du métier par chromatographie d'exclusion stérique couplée avec un détecteur de type MALLS (Multi Angle Laser Light Scattering). La préparation d'un échantillon peut se faire en solubilisant 50 mg en masse sèche d'un amidon modifié et notamment de dextrine dans un solvant constitué d'un mélange de 90% (v/v) de DMSO (diméthyle sulfoxide) dans de l'eau déionisée contenant 0,1% (m/v) de nitrate de sodium. Après une nuit sous agitation le mélange est préchauffé 1 heure à 105°C puis centrifugé 15 min à 5300 g. Un volume de 100 ml du surnageant est injecté dans un appareil de chromatographie d'exclusion stérique dont la phase mobile est par exemple composée d'un mélange de 90% (v/v) de DMSO (diméthyle sulfoxide) dans de l'eau déionisée contenant 0,1% (m/v) de nitrate de sodium, à un débit de 0,5 ml/min et une température de 70°C, les colonnes utilisée sont préférentiellement une combinaison en série de colonne Gram. Le détecteur est par exemple un laser à angle tel que le New Génération 3-angle miniDAWN TREOS. La calibration se fait avec des standards type Viscotec P82 Shodex. Dans le cadre de la présente invention, l'adhésif est préférentiellement synthétique. Un exemple d'adhésif synthétique adapté à la présente invention est un latex, un acétate de vinyle, l'alcool polyvinylique, la carboxyméthylcellulose sodique et l'hydroxyéthylcellulose.

Le terme « latex » se réfère à une dispersion aqueuse de polymère qui correspond à une dispersion colloïdale de polymères synthétiques dans une phase aqueuse, i.e. une dispersion de microparticules de polymères en suspension dans une phase aqueuse, parfois aussi appelées suspension ou émulsion de polymères. Des exemples de latex adaptés à la présente invention sont choisis dans le groupe constitué par les latex styrène-butadiène, les latex polyvinyl alcool et les latex acrylic copolymer préférentiellement, le latex de type styrène- butadiène.

De façon générale dans la sauce de couchage, la charge minérale introduite est véhiculée sous forme d'une suspension aqueuse. Classiquement, cette charge est un carbonate de calcium mis en suspension dans l'eau au moyen d'un agent dispersant. Typiquement, une charge minérale particulièrement adaptée à une composition de couchage comprend un degré de blancheur suffisant (supérieur à 80% de la blancheur du sulfate de baryum à 457 nm), une répartition granulométrique de 0 à 10 μηι au maximum, (la granulométrie moyenne se situant entre 0,2 et 2 μηι) et un degré d'agglomération minimum des particules. Par exemple, la charge minérale peut être choisie dans le groupe constitué par les carbonates de calcium, l'argile pour couchage, l'argile fine calcinée, l'alumine trihydratée, le talc et le dioxyde de titane.

Le terme « carbonate de calcium » comprend le carbonate de calcium broyé (GCC), c'est-à-dire un carbonate de calcium obtenu à partir de sources naturelles, telles que le calcaire, le marbre, la calcite ou la chaux. Le terme « carbonate de calcium » comprend également le carbonate de calcium précipité (PCC), c'est-à-dire une substance synthétisée, généralement obtenue par précipitation suite à une réaction de dioxyde de carbone et d'hydroxyde de calcium (chaux hydratée) dans un environnement aqueux ou par précipitation d'une source de calcium et de carbonate dans de l'eau.

La composition selon l'invention peut comprendre également d'autres agents tels qu'un ou plusieurs agents dispersants. Par « agent dispersant », on entend un agent ayant la fonction de maintenir les particules de charge minérale en état de dispersion électrostatique. A titre d'exemple, l'agent dispersant est choisis dans le groupe constitué par le polyacrylate de sodium, le tetrasodium polyphosphate, le pyrophosphate tétrasodique, le tripolyphosphate pentasodique, le tétraphosphate sodique et le silicate de sodium.

La composition peut comprendre également au moins un lubrifiant, typiquement choisi dans le groupe constitué par le stéarate de sodium, le stéarate de calcium, les huiles sulfonées, l'acide gras de tallol sulfaté et les émulsions de polyéthylène

La composition peut comprendre en outre, au moins un agent insolubilisant choisi dans le groupe constitué par les résines d'urée, les résines mélamine, le glyoxal, les composés du zinc, le formaldéhyde et la diméthylolurée.

L'invention concerne également, un procédé de production de la composition selon l'invention, comprenant les étapes suivantes :

- mélange sous agitation d'une charge minérale et de liants parmi lesquels au moins un amidon modifié, préférentiellement une dextrine et un adhésif préférentiellement synthétique, préférentiellement, ladit amidon modifié ayant préalablement subie une étape de cuisson,

- ajout sous agitation au mélange obtenu d'une protéine hydrolysée de blé ayant une masse moléculaire moyenne comprise entre 7 et lOOOkDa, préférentiellement, ladite protéine hydrolysée de blé est sous une forme pulvérulente,

- ajout d'eau sous agitation de sorte à obtenir une composition présentant une matière sèche comprise entre 45 et 80%, optionnellement, l'ajout d'eau s'effectue avec la charge minérale et/ou l'amidon modifié et/ou la protéine hydrolysée. Typiquement, lors du procédé de production de la composition selon l'invention, ledit amidon modifié telle que notamment une dextrine peut être solubilisé dans l'eau, et préférentiellement subir une étape de cuisson, préalablement à son mélange avec l'adhésif. Indépendamment, la charge minérale peut être préalablement solubilisée dans l'eau avant d'être mélangée aux liants.

L'invention concerne également, un procédé de revêtement ou d'azurage de papier ou de carton, ledit procédé comprenant les étapes consistant à

(a) fournir une composition selon l'invention, (b) déposer ladite composition sur un substrat en papier ou en carton.

L'étape de dépôt de ladite composition sur un substrat papier ou carton peut s'effectuer au moyen d'un couchage à lame, d'un couchage crayon, d'une tige filtée, d'un couchage rideau size press ou d'un film press ou toute autre technique connue de l'homme du métier. Typiquement, l'étape de dépôt s'effectue à une température comprise entre 25 et 60°C.

Typiquement, ladite composition est appliquée sur au moins une face dudit substrat en papier ou en carton en une quantité comprise entre 3 g/m 2 et 15 g/m 2 , de préférence entre 5 g/m 2 et 10 g/m 2.

L'invention concerne également, un papier ou carton couché avec la composition selon l'invention.

L'invention concerne en outre, l'utilisation d'une protéine de blé hydrolysée dans le remplacement du latex dans une composition de couchage de papier ou de carton, préférentiellement ladite protéine de blé hydrolysée présente masse moléculaire moyenne comprise entre 7 et 1 OOOkDa.

L'invention concerne, l'utilisation d'une combinaison d'une protéine de blé hydrolysée et d'un amidon modifié et plus particulièrement une dextrine dans le remplacement du latex, préférentiellement dans un ratio amidon modifié / protéine de blé de 1 :5 à 5 : 1 , préférentiellement de 1 : 3 à 3 : 1 , plus préférentiellement 1 : 2 à 2 : 1.

Typiquement, ladite protéine de blé ou ladite combinaison protéine de blé avec un amidon modifié, préférentiellement une dextrine est utilisée dans le remplacement de 1 à 40% du latex de ladite composition, préférentiellement de 10 à 35% plus préférentiellement de 15 à 30%.

Bien qu'ayant des significations distinctes, les termes « comprenant », « contenant », « comportant » et « consistant en » ont été utilisés de manière interchangeable dans la description de l'invention, et peuvent être remplacés l'un par l'autre. L'invention sera mieux comprise à la lecture des exemples suivants donnés uniquement à titre illustratif.

Exemples

Exemple 1 : Remplacement du latex par un amidon modifié

Réalisation des sauces de couchage :

Des essais préliminaires ont montré que les meilleurs résultats ont été obtenus avec une matière sèche supérieure à 45% (machinabilité et rendement énergétique). Une plus nette amélioration est observée dès 60%. En effet, il a été constaté une augmentation de la rupture du papier lorsque la sauce de couchage est diluée (inférieure à 45% de MS). De plus, il a été constaté une augmentation du temps de séchage en deçà de 60 et plus encore en deçà de 45% qui semble la matière sèche la plus basse acceptable. Le papier subissant une étape de séchage après l'enduction, tout excès d'eau dans la sauce de couchage conduit à une augmentation des temps de séchage et donc du coût de production. Par conséquent, les essais ont été poursuivis avec des sauces de couchage ayant un taux de matières sèches de 70%.

Une sauce de couchage a été réalisée suivant les formules RI à R4 du tableau 1 ci- dessous.

Tableau 1 : Compositions de couchage comprenant de la dextrine en remplacement partiel du latex

Les recettes sont données en nombre de part (comme d'usage en papeterie).

La dextrine (MYLOFILM® 214) est une dextrine base blé (Mw=47 kDa, Pd=l l,6) commercialisée par TEREOS SYRAL. Elle est tout d'abord cuite à une concentration de 35% de matière sèche sur un cuiseur continu sous pression ou « jet cooker » (Temp= 130°C, temps de résidence : 3min), puis dilué à 31 %.

La sauce de couchage est réalisée grâce à un agitateur (type IKA) tout d'abord en mettant en suspension dans l'eau le carbonate de calcium à 79,7% (HYDROCARB® 90 fournit par la société OMYA). Puis le liant synthétique (latex styrène butadiène DL930 de la société STYRON) ainsi que la dextrine mise en solution comme précisé précédemment sont ajoutés au carbonate de calcium. La concentration est ajustée avec de l'eau pour obtenir une matière sèche de 70%. La vitesse d'agitation est ajustée à 1500tr/min, le pH est ensuite ajusté à 9. La sauce de couchage est ainsi agitée durant 10 min.

Les sauces de couchages du tableau 1 ont été testées dans des essais d'enduction.

La viscosité des sauces de couchage est évaluée avant enduction du papier.

Viscosité brookfîeld

La mesure de la sauce de couchage au viscosimètre brookfîeld est réalisée sur un modèle RVDV-E, la mesure est faite à une vitesse de 20 tour/min avec la broche 3. Les mesures sont faites à 40°C. Le module est trempé dans la sauce de couchage jusqu'au trait indicateur de la broche, la valeur est relevée après 10 s de tour.

Couchage de papier

La sauce de couchage est déposée sur le papier à hauteur de 6 gr/m² sur une seule face grâce à un pilote couchage DT coater couchage lame permettant un séchage combinant les rayonnements infrarouge et l'air chaud. La vitesse d'enduction est de 20 m/min.

Le papier utilisé est un papier fin 80 g/m² fournit par la société FEDRIGONI. Le papier ainsi couché est ensuite stocké dans une salle conditionnée en humidité et température (50 % d'humidité, 23°C) durant 24h avant tout test.

Résistance à l 'arrachage IGT sec La mesure d'arrachage à sec se fait suivant la méthode d'IGT W31

(ISO 3783:2006). Cette mesure permet d'évaluer la force de la couche. En effet, les liants (synthétiques ou naturels tel que l'amidon) sont utilisés pour maintenir les charges minérales nécessaires aux propriétés d'impression sur le papier. Si le pouvoir liant est trop faible, les charges minérales sont arrachées du papier lors de l'impression et se déposent sur le rouleau encreur entraînant des arrêts fréquents. Plus la mesure d'IGT sec est importante plus la couche est résistante à l'arrachage.

Résultats

L'analyse des caractéristiques du papier obtenu a permis de mettre en évidence que le remplacement du latex par la dextrine en solution entraine une perte des propriétés d'arrachage (tableau 2).

Tableau 2 Viscosité brookfield des compositions de couchages RI à R4 et propriétés d'arrachage des papiers obtenus.

De fait, le remplacement du latex par la dextrine seul ne permet pas de maintenir les caractéristiques du couchage et entraine donc une nette diminution des propriétés d'arrachage de la couche. Ainsi, la dextrine seule ne permet pas de compenser la réduction du latex dans la sauce de couchage. Exemple 2 : Remplacement du latex par des protéines de soja ou de blé hydrolysées

L'utilisation des protéines végétales en remplacement du latex a été évaluée. Après plusieurs essais, il a été constaté que l'ajout de protéines en plus de la dextrine permet d'observer de meilleurs résultats dans le remplacement du latex que ceux observés pour la dextrine seule, plus particulièrement, concernant les propriétés d'arrachage à sec de la composition obtenue. Cet effet n'a été observé que pour des protéines hydrolysées, pas pour des protéines natives. Ainsi, le gluten de blé non hydrolysé du fait de sa solubilité réduite ne permet pas d'obtenir des sauces de couchages uniformes et de viscosité acceptable et moins encore le remplacement du latex. Afin d'évaluer l'effet du remplacement du latex par des protéines hydrolysées de différentes origines botaniques, le mélange RI a été choisi comme recette de référence pour une sauce de couchage.

Les sauces de couchage ont été réalisées comme dans l'exemple 1 suivant la formule du tableau 3 dans lesquelles, le latex synthétique est remplacé par des protéines à hauteur de 14% (R5), 30% (R6) et 43% (R7)

Tableau 3 : Compositions de couchage comprenant de la dextrine et des protéines en remplacement partiel du latex Afin de réduire les quantités de latex dans les compositions de couchage, des protéines hydrolysées de blé et de soja ont été testées sur la base des proportions prévues au tableau 3.

Les protéines testées sont les suivantes : protéines de blé hydrolysées de faible poids moléculaire (Mw=5,7 kDa) protéines de blé hydrolysées de poids moléculaire moyen 15,5 kDa (SOLPRO® 508 commercialisée par TEREOS SYRAL) et

une protéine de Soja hydrolysée (SOBIND LVL de Dupont).

Les protéines sont ajoutées à la sauce de couchage sans dilution préalable.

La sauce de couchage est réalisée comme dans l'exemple 1, grâce à un agitateur (type IKA) en mettant en suspension dans l'eau le carbonate de calcium à 79,7% (HYDROCARB® 90 fournit par la société OMYA). Puis le liant synthétique (latex styrène butadiène DL930 de la société STYRON) ainsi que la dextrine mise en solution sont ajoutés au carbonate de calcium comme précisé précédemment. La protéine est incorporée à cette étape dans la sauce sous forme de solution ou en poudre suivant les cas. La concentration est ajustée avec de l'eau pour obtenir une matière sèche de 70%. La vitesse d'agitation est ajustée à 1500tr/min, le pH est ensuite ajusté à 9. La sauce de couchage est ainsi agitée durant 10 min.

Tableau 4 Viscosité brookfield des compositions de couchage dans lesquelles 14%, 30% et 43% de latex sont remplacés par un mélange de dextrines et de protéines hydrolysées et propriété d'arrachage des papiers obtenus.

A la lecture des résultats (tableau 4), on remarque que le remplacement du latex à plus de 40% par l'une quelconque des protéines hydrolysées testées ne permet pas le maintien des caractéristiques de résistance à l'arrachement procurées par le latex. Seuls les hydrolysats de protéines de soja et de blé partiellement hydrolysées permettent un remplacement pouvant atteindre 35% (R6).

Cependant, le remplacement du latex par la protéine de soja hydrolysée entraine une nette augmentation de la viscosité dès 14% (RI). Cette augmentation s'accentue à 30% (R6) et 42% (R7) rendant la composition de couchage difficilement utilisable. Une telle viscosité ne permet pas une application au niveau industriel puisqu'elle conduirait à une augmentation importante de la pression lors de la dépose entraînant des problèmes de machinabilité et de qualité du papier.

Inversement, les hydrolysats de protéine de blé de faible poids moléculaire n'ont qu'un effet limité sur la viscosité de la composition obtenue mais ne permettent pas de compenser la réduction de latex dès 30%. En effet, à 30% de remplacement du latex une perte de la résistance à l'arrachage est observée (de 0.45 d'IGT à 0% de remplacement ; 0.5 à 14% de remplacement pour 0.30 à 30% de remplacement). Parmi les différentes protéines hydrolysées testées, seules les protéines de blé partiellement hydrolysées permettent une augmentation significative de la résistance à l'arrachage à 14% de remplacement du latex (composition R5).

Enfin, seules les protéines de blé partiellement hydrolysées confèrent à la fois un maintien des caractéristiques d'arrachement mais également de viscosités. En effet, le remplacement de 30 % du latex (R6) se fait avec un maintien des propriétés de résistance à l'arrachage ainsi que des caractéristiques de viscosités de la composition obtenue (0,45 m/s pour 0 part remplacé (RI) contre 0,42 m/s pour 30 % remplacé (R6)).

En outre, l'intérêt des protéines de blé hydrolysées est que contrairement aux protéines de soja elles sont assez solubles pour être directement rajoutées à la sauce de couchage et ne pas nécessiter une dilution préalable rajoutant une quantité non négligeable d'eau et donc diminuant la matière sèche de la sauce de couchage, ce qui permet de faire varier assez librement la matière sèche de la composition.

Claims

REVENDICATIONS

Composition de couchage de papier ou de carton ayant une matière sèche comprise entre 45 et 80%, préférentiellement 50 et 78%, comprenant

• des liants dont au moins un amidon modifié et un adhésif synthétique,

• une protéine de blé hydrolysée ayant une masse moléculaire moyenne comprise entre 7 et 1 OOOkDa, et

• une charge minérale.

Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que la protéine de blé hydrolysée a une masse moléculaire moyenne comprise entre 8 et lOOkDa, préférentiellement entre 9 et 80kDa.

Composition selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisée qu'elle comprend en parts pour 100 parts en poids de charge minérale :

- 1 à 99 parts de liants, et

- 1 à 50 parts en poids de protéine de blé.

Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend un ratio amidon modifié / adhésif synthétique de 1 :5 à 5 : 1.

Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend un ratio liants / protéine de blé de 1 :5 à 5 : 1.

Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'amidon modifié est choisi parmi un amidon prégélatinisé, une dextrine, un amidon hydrolysé, un amidon oxydé, un ester d'amidon, un éther d'amidon, un amidon réticulé et leurs mélanges, préférentiellement, ledit amidon modifié est une dextrine. Composition selon l'une quelconque des revendications précédents, caractérisée en ce que la dextrine présente une masse moléculaire comprise entre 20 et 300 kDa, et/ou une viscosité comprise entre 50 et 400 mPa.s.

Composition selon l'une quelconque des revendications précédents, caractérisée en ce que l'adhésif synthétique est choisi dans le groupe constitué par les latex, les acétates de vinyle, l'alcool polyvinylique, la carboxyméthylcellulose sodique et l'hydroxyéthylcellulose.

Composition selon l'une quelconque des revendications précédents, caractérisée en ce que l'adhésif synthétique est un latex préférentiellement choisi dans le groupe constitué par les latex styrène-butadiène, les latex polyvinyl alcool et les latex acrylic copolymer.

. Procédé de production de la composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant les étapes suivantes :

- mélange sous agitation d'une charge minérale et de liants parmi lesquels au moins un amidon modifié et un adhésif synthétique, préférentiellement, ledit amidon modifié ayant préalablement subi une étape de cuisson,

- ajout sous agitation au mélange obtenu d'une protéine hydrolysée de blé ayant une masse moléculaire moyenne comprise entre 7 et lOOOkDa, préférentiellement, ladite protéine hydrolysée de blé est sous une forme pulvérulente,

- ajout d'eau sous agitation de sorte à obtenir une composition présentant une matière sèche comprise entre 45 et 80%, typiquement, l'ajout d'eau s'effectue avec la charge minérale et/ou l'amidon modifié et/ou la protéine hydrolysée.

11. Procédé de revêtement ou d'azurage de papier ou de carton, ledit procédé comprenant les étapes consistant à (a) fournir une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 9,

(b) déposer ladite composition sur un substrat en papier ou en carton.

Papier ou carton couché avec la composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 ou obtenu par le procédé selon la revendication 1 1.

Utilisation d'une protéine de blé hydrolysée dans le remplacement du latex dans une composition de couchage de papier ou de carton, préférentiellement ladite protéine de blé hydrolysée présente masse moléculaire moyenne comprise entre 7 et lOOOkDa.

Utilisation selon la revendication 13 caractérisée en ce que ladite composition comprend

• des liants parmi lesquels au moins un amidon modifié et un adhésif préférentiellement synthétique,

• une protéine de blé hydrolysée ayant une masse moléculaire moyenne comprise entre 7 et 1 OOOkDa et

• une charge minérale.

15. Utilisation selon l'une ou l'autre des revendications 13 et 14, caractérisée en ce que le ratio liants / protéine de blé de 1 :5 à 5 : 1.