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Perfectionnements dans les moyens pour le défibrage du bois et autres matières analogues.
La présente invention a pour objet des perfection- nements dans les moyens pour le défibrage de matières ligno- cellulosiques telles que le bois ou d'autres matièresanalo- gues.
Le principal objet de l'invention est de fournir une méthode simple et économique pour le défibrage de matiè- res ligno-cellulosiques telles que le bois ou autres analo- gues, en vue d'obtenir une masse de cellulose ou de semi-cel- lulose pour la fabrication du papier, du carton et d'autres produits similaires.
Un autre objet de l'invention est de fournir une méthode pour le but indiqué et suivant laquelle du bois ou
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d'autres matières ligno-cellulosiques sont chauffées à des températures susceptibles de fondre ou d' amollir le ou les éléments constituants de la matière qui sert ou servent de liants entre les fibres de celle-ci, la fusion ou le ramol- lissement étant effectué à un degré tel que la faculté qu'ils possédaient de lier les fibres entre elles soit détruite ou pour le moins réduite, e qui facilite le défibrage subsé- quent.
Un autre but de l'invention est de fournir une méthode du genre indique, dans laquelle la matière,chauffée de la façon ci-dessus précisée en vue du ramollissement ou de la fusion de son constituant ou de ses constituants, est défibrée l'état ramolli ou fondu dans un appareil de défi- brage disposé dans le récipient ou conteneur à l'intérieur duquel ladite opération de chauffage a été effectuée ou dans un appareil en communication directe avec ledit récipient. de
Les fibres de bois des plantes/relativement grandes dimensions sont constituées par de la cellulose lignifiée.
Autant qu'il a été possible de le déterminer jusqu'à ce jour, la substance ligneuse ne semble pas chimiquement combinée à la cellulose des fibres, mais parait exister à l'état de com- posé séparé servant comme un ciment entre les fibrilles de cellulose de la paroi de la fibre,, à l'instar du mortier qui forme un liant entre les briques des murs ou cloisons d'une construction. Les fibres elles-mêmes sont reliées entre elles par une mince couche que l'on appelle la lamelle médiane et dont on ne connait pas la composition exacte, mais qui a jusqu'ici été considérée comme identique à la matière ligneu- se des fibres ou pour le moins comme très voisine de celle-ci.
Les résultats d'expérience pr@tiquée à cet effet indiquent toutefois que les propriétés de la lamelle médiane ne sont pas, à certains égards, exactement les mêmes que cel- les de la matière ligneuse,qui existe par ailleurs dans le bois. \J'est ainsi que l'on a reconnu qu'en chauffant à des températures au-dessus de 100 C., la lamelle médiane ou cen- trale perd sa faculté de lier les fibres entre elles, à un
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degré tel que la matière ligneuse se trouve aisément défi- brée à ces températures, en particulier en présence d'humi- dité.
D'@un autre côté, à de semblables températures relativement basses, le lien entre les fibrilles dans les parois des fibres ne perd pas sa consistance à un point tel que les parois.des fibres individuelles soit désintégrées au cours du défibrage de la matière . Pour désintégrer les pa- rois des fibres sans occasionner une trop grande destruction mécanique des fibrilles, il est nécessaire de chauffer la matière à une température très considérablement plus élevée, et dans tous les fas au-dessus de 200 C.
.Bien que de bons résultats aient été obtenus par le défibrage de matières ligno-cellulosiques à des tempéra- tures légèrement supérieures 100 C., il a été reconnu que des résultats éminemment supérieurs sont obtenus à des tem- pératures plus élevées. Conformément à la présente invention, le défibrage de bois de conifères est de préférence effectué des températures variant entre 120 C et 182 C, et les meil- leurs résultats ont été obtenus à des températures variant entre 116 C et 171 C., tandis que le défibrage de bois dur peut être effectué à des températures un tant soit peu plus basses, les meilleurs résultats ayant été -,,obtenus entre
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17(; et 149CC.
Bien que suivant les'observations recueillies u cours d'essais récents, il semble raisonnable de supposer que la matière ligneuse de la lamelle médiane perd ses pro- priétés de liant à des températures plus basses que celan n'a lieu pour la matière ligneuse qui cimente entre elles les fibrilles de cellulose,de la paroi de la fibre, l'on n'a pas de preuve définitive de ce- que ces deux matières sont chimiquement distinctes.
cornue ces deux matières sont le plus généralement incluses dans l'expression substance ligneuse du bois ', il conviendrait de tenir compte de la différence ci- desuus centre les caractéristiques physiques pour indiquer quel est 'l'effet auquel il -est fait référence dans le proces- @
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sus de chauffage employé dans la présente'invention.
Dans le procédé de défibrage conforme à l'invention, l'effet recherché par le chauffage de la matière à des tem- pératures supérieures à 100 C., en présence de l'eau ou de la vapeur d'eau ou de l'une et de l'autre, consiste dans le ramollissement ou la fusion de la substance de la lamel- le médiane, tout à fait de la même façon que l'on amollit ou l'on fait fondre de la cire ou des substances similaires, en les chauffant à des températures voisines de leur point de fusion. Bien que l'on ne sache pas si la substance dans la lamelle médiane fond ou ne fond pas à des températures élevées,l'effet exercé sur la matière ligno-cellulosique est tel qu'insérait si la fusion avait lieu effectivement.
L'hypothèse suivant quoi l'eau, aux températures élevées, :aide à l'amollissement ou à la fusion de la. lamel- le médiane peut être juste ou ne l'être pas-, mais comme par un semblable traitement les fibres individuelles devien- nent plus pliables et moins rigides qu'à l'état absolue-ment sec, il y a lieu de recourir '-. la présence de l'eau, au moins dans une certaine mesure, lors du défibrage de la matière.
11 est remarquable que le chauffage pendant dix minutes, comparé à celui effectué pendant une minute seu- lem.ent, n'a pas relevé de différence notable dans les résul- tats, en procurant bien entendu des températures finales identiques.
Conformément à la présente invention, le défibrage de matières ligno-cellulosiques telles que le-bois et au- tres analogues, peut être effectué comme suit : la matière est brisée ou fragmentée en morceaux présentant une longueur dans la direction des fibres, d'environ 25 mm. et dans d'au- tres directions une longueur d'environ 12 mm. 5. La matière do@t le contenu en humiaité ne devrait pas de préférence dépasser 60% en poids, est alors introduite dans un réci- pient par exemple à l'aide d'un dispositif d'alimentation à fonctionnement continu.
Dans ce récipient, elle est sou- mise à l'action de vapeur d'eau, de préférence à une pres- sion de 4 atmosphères ou au-dessus,mais non inférieure
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3 atmosphères, suivant la nature de la matière de la pulpe fibreuse que l'on désire obtenir. La température de la va- peur d'eau doit de préférence être choisie de manière à être supérieure de 5 C. ou de 10 C à la température à laquel- le il est désirable d'opérer le défibrage. La vapeur pénètre dans les pores de la matière et se condense à l'intérieur de ceux-ci. Comme la transmission de chaleur de la vapeur à la matière s'effectue à la température de condensation, le de- gré d'échauffement est rapide et le temps nécessaire n'est pas de plus de 20 à 40 secondes suivant le dégré d'humidité ori- ginel et la température du bois.
La matière qui contient un ¯ . pourcentage initial d'eau supérieur à 50% et dont la tempé- rature est inférieure au point de congélation de l'eau, exi- ge un temps plus long avant que l'on n'atteigne le degré d'é- lévation de température voulu.
Après chauffage, le défibrage doit être commencé aussitôt que possible, afin d'éviter les effets défavorables que la température élevée produit sur lamatière. Si les ef- fets nuisibles qu'un chauffage prolongé exerce sur la matiè- re sont de moindre conséquence pour la qualité du produit fi- nal, le défibrage peut être différé pour le temps qui pour- rait être nécessaire en raison de considérations techniques ou mécaniques.
Le chauffage de la matière par la condensation de la vapeur d'eau accroît le degré d'humidité . Comme la quan- tité de vapeur d'eau nécessaire pour chauffer la matière peut;varier entre un kilogramme ou moins jusqu'à deux kilo- grammes de matière sèche suivant les conditions initiales de la matière traitée, la proportion ou le degré d'humidité de la matière pe@t varier entre 5b et 75 % après que le chauf- fage a été terminé.
La consommation d'énergie nécessaire pour le dé- fibrage de la matière-chauffée sera d'autant moindre que la quantité d'eau présente est elle-même plus réduite. Quand la quantité d'eau présente ne dépasse pas 7 kilogrammes et
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s'élève par exemple de 1 à 3 kilogrammes par kilogramme de matière, le mélange, en particulier après défibrage complet, aura l'apparence d'une pâte à peu près sèche, et. il ne pré- sentera pas une viscosité permettant de le traiter avec sue- cès dans des appareils de défibrage ou de broyage tels que des batteuses, des machines Jordan, des affineuses à disques, etc., attendu que de semblables appareils nécessitent une quantité d'eau variant entre 12 à 40 kilogrammes par kilo- gramme de matière séche.
D'autre part, le défibrage de la matière peut être effectué avec des appareils tels que des broyeurs à meule, moulins à billes ou autres concasseurs, quand la matière est à peu près à l'état sec, Des appareils des types ci-dessus mentionnés et de tous autres types com- munément employés pour la production ou le traitement de matières fibreuses dans les industries du papier, du carton, et d'autres analogues, sont basés sur un principe conformé- ment auquel les particules de la matière sont plus ou moins écrasées ou pressées entre deux surfaces de matière dure qui se déplacent l'une par rapport à l'autre@
Bien que, conformément à l'invention, de bons ré- sultats puissent être obtenus avec des appareils des types ci-dessus, il a été reconnu que la matière, chauffée de la façon indiquée plus haut,
doit être de préférence traitée dans un appareil exerçant sur la matière une action en tout point différente.
Les appareils de broyage et de défibrage des matiè- res ligno-cellulosiques, des types antérieurement connus, et en particulier du genre Jordan ou à vis hollandaise, exigent une bien plus grande dépense d'énergie que celle que consomme le défibrage effectif, cela tout d'abord pour la raison que les surfaces de broyage se trouvent à si grande proximité les unes des autres que de grandes quantités d'énergie sont non utilisées dans le travail de défibrage et uniquement trans- formées en chaleur du fait de la friction entre lesdites sur- faces; et, d'autre part , de grandes quantités d'énergie sont
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perdues par friction interne dans la grande masse d'eau géné- ralement présente dans de semblables appareils et du fait des courants créés par les organes en mouvement.
L'appareil de dé- fibrage qui est approprié au procédé de défibrage objet de l'invention ne consomme aucune énergie due à une friction di- recte entre ses éléments fixes et ses éléments mobiles, à l'ex- ception bien entendu des pertes inévitables par frottement ; en outre on réalise une économie d'énergie si, conformément à l'invention, l'on exécute le défibrage en présence d'une quan- tité d'eau aussi réduite que possible..
Des essais ont établi que des noeuds et autres par- ties compactes du bois sont aisément défibrées par la méthode conforme à l'invention, en particulier quand celle-ci est mise en pratique dans un appareil du type décri t. Les substances qui cimentent entre elles les fibres des parties du bois à grain serré sont toutes aussi facilement amollies que les parties du bois plus poreuses provenant de bois de printemps et d'été.
Quand des btanches de sapins, ayant un diamètre de 12 à 37 mm. et découpées en longueur de 25 à 75 mm. et des pièces de bois du tronc de l'arbre sont défibrées dans les mêmes conditions 1 'aide du procédé conforme à l' invention, on ne note aucune différence dans le processus de défibrage.
Si la matière fibreuse doit être employée pour pro- duire des planches de cloisonnement pour bâtiments, le procédé de défibrage peut être interrompu plus tôt que si la fibre doit être employée pour la fabrication de papier, de revêtements, de récipients et autres. Si cela est nécessaire, les parties insuffisamment défibrées peuvent être séparées par criblage et ramenées à l'appareil de déf ibrage.
Après que le défibrage a été terminé, la pulpe de fibre est enlevée hors de l'appareil, ceci peut être obtenu en transportant la matière défibrée vers un orifice ménagé dans l'appareil, d'où elle est éjectée en raison de l'excès de pres- sion. une meilleure méthode consiste à mélanger la matière dé- fibrée à de l'eau, dans la partie inférieure de l'appareil, @
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et à drainer le mélange à travers un orifice dont la section sera de préférence réglable. conformément à la méthode décrite, le défibrage a lieu en présence de petites quantités d'eau seulement, il est également possible toutefois d'exécuter le procédé en présence d'eau en quantité telle que la masse ait l'apparence d'une li- queur plus ou moins visqueuse.
L'invention n'est bien entendu pas limitée aux exem- ples de réalisation décrits, mais elle pourra être modifiée à certains égards sans que l'on s'écarte pour cela des princi- pes sur lesquels elle est basée.
Revendications. l.- un procédé de défibrage de matières contenant de la cellu- lose et de la lignine, caractérisé en ce que la matière est chauffée jusqu'à une température suoérieure à 100 C et est défibrée par un traitement mécanique, de préférence un broyage, une température supérieure à 100 C sans que le défibrage soit facilité par une digestion prolongée ou une décomposition dans de l'eau ou un autre liquide de digestion.