CA2094268A1

CA2094268A1 - Procede pour la preservation des caracteristiques de resistance mecanique des pates a papier chimiques

Info

Publication number: CA2094268A1
Application number: CA002094268A
Authority: CA
Inventors: Marc Hoyos; Marcel Robberechts; Paul Essemaeker
Original assignee: Individual
Current assignee: Solvay Chimie SA
Priority date: 1990-10-17
Filing date: 1991-10-04
Publication date: 1992-04-18
Also published as: NO931419D0; PT99243B; PT99243A; NO300901B1; FI931664A0; FI931664A7; NO931419L; AU648115B2; ZA918219B; EP0553141A1; US5534115A; FI931664L; BE1004630A3; DE69104374D1; ATE112340T1; AU8637191A; BR9107000A; WO1992007139A1; EP0553141B1

Abstract

2094268 9207139 PCTABS00110 Procédé pour la préservation des caractéristiques de résistance mécanique d'une pâte à papier chimique comportant deux étapes de traitement au moyen d'un réactif peroxygéné, la première en milieu acide et la deuxième en milieu alcalin selon lequel on intercale entre les deux étapes un traitement au moyen d'un composé réducteur.

Description

~ W O 92tO7139 PC~r/EP91/01906 : 1 2~3~6~
:
,`Procedé pour la préservation des caracteristiques r,lde resistance mécanique des pates à papier chimiques . ~
:'.
, La présente invention concerne un procédé pour la préser-vation des caractéristiques te résistance mécanique des pates à
papier chimiques lors des traitements de ces pâtes en vue df leur délignification ou de leur blanchiment. Il concerne plus particu-lièrement un procédé où le traitement de délignification ou de blanchiment de ces pates à papier comporte une séquence de deux étapes consécutives avec un réactif peroxygéné, la première étape étant effectuée en milieu acide, la deuxième en milieu alcalin.
Il est connu de traiter les pates a papier chimiques écrues obtenues par cuisson de matières lignocellulosiques au moyen d~une séquence d'étapes de traitement délignifiant et/ou blanchissant impliquant la mise en oeuvre de produits chimiques oxytants. Parmi ces produits chimiques, le chlore et les oxydants chlorés tels que le bioxyde de chlore et l'hypochlorite de sodium ont été et sont encore toujours le plus souvent employés pour leur propriétés délignifiantes et blanchissantes en vue de la production de pates de blancheur et de résistance mécanique élevée destinées à la fabrication des papiers de qualité, Les recherches dans le domaine de la protection de l'environnement effectuées ces dernières années ont mis en lumière le role polluant des rejets liquides contenant des résidus organo-chlorés et, en particulier ceux des ateliers de blanchiment des usines de pàte à papier. De nouvelles légis-lations voient le jour dans un grand nombre de pays pour imposer une limitation parfois importante de la quantité de rejets organo-chlorés dans les effluents industriels. Il en resulte une activité de recherche de la part de l'industrie papetière de séquences de traitement de la pàte moins polluantes conduisant à
la mise au point de procédés à consommation de réactifs chlorés réduite, voire meme complètement nulle.

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1,, ' ~ ~ ' , S , W O 92/07139 P ~ /EP9t/01906 ~ 6$ 2 -Parmi les possibilités de substitution du chlore et des réactifs chlorés, les produits peroxygénés occupent une place de choix en raison de leur innocuité pour l'environnement.
On connait des séquences de délignification de pâtes chimiques qui mettent en oeuvre deux étapes successives comportant des réactifs peroxygénés. Le tocument TAPPI
Proceedings of the 1982 International Pulp Bleaching Conference, pages 145 à 151, D. Lachenal, C. de Choudens, L. Soria et P. Monzie "Optimization of bleaching sequences using peroxide at first stage" divulgue * page 146, tableau 3 * une séquence mettant en oeuvre deux étapes au peroxyde d'hydrogène, la premiere en milieu acide et la deuxième en milieu alcalin. Dans ^ ce procédé, il n'est mis en oeuvre dans chacune des étapes, que des quantités peu importantes de peroxyde t'hydrogene (0,5 ~ en poids par rapport à la pâte sèche). Lorsqu'on augmente les quantités de peroxyde d'hydrogène mises en oeuvre en vue ' d'obtenir une délignification plus poussée analogue à celle que l'on réalise a~ec les séquences de blanchimentJdélignification traditionnelles comportant des réactifs chlorés, on constate une baisse rapide de la sélectivité de la délignification comme j l'atteste la diminution de viscosité de la pate ainsi traitee.
L'invention remédie a cet inconvénient des procédés connus, ; en fournissant un procédé nouveau de delignification et/ou de blanchiment de pâtes à papier chimiques qui permette d'atteindre des taux de délignification élevés tout en préservant la qualité
intrinsèque de la cellulose et le rendement pondéral en pâte produite.
A cet effet, l'invention concerne un procéde pour la préservation des caractéristiques de résistance mécanique d'une -pâte à papier chimique pendant un traitement de délignification '~ et/ou de blanchiment comportant deux étapes de traitement au I moyen d'un réactif peroxygéné, la première en milieu acide et la j deuxième en milieu alcalin, selon lequel on intercale entre les deux étapes un traitement au moyen d'un compose reducteur.
Selon l'invention, par pâte à papier chimique, on entend designer les pâtes ayant subi un traitement délignifiant en . . .

W O 92/07139 P ~ /EP91/01906 _ 3 _ 2 ~ 9 ;`~ 2 6 8 ..
présence de réactifs chimiques tels que le sulfure de sodium en , milieu alcalin (cuisson kraft ou au sulfate), l'anhydride sulfureux ou un sel métallique de l~acide sulfureux en milieu acide (cuisson au sulfite), un sel de l'acide sulfureux en milieu neutre (cuisson au sulfite neutre encore appelée cuisson NSSC).
L'invention s'adresse particulièrement aux pates ayant subi une cuisson kraft et dont la teneur en lignine résiduelle après cuisson se situe dans la plage d'indices kappa compris entre 15 : et 35 selon le type d'essence de bois dont elles proviennent et I0 l~efficacité du processus de cuisson. Tous les types de bois utilisés pour la production de pâtes chimiques conviennent pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention et, en particulier ceux utilisés pour les pâtes kraft, à savoir les bois résineux comme, par exemple, les diverses espèces de pins et de sapins et I5 les bois feuillus comme, par exemple, le hêtre, le chêne et le charme.
Par réactif peroxygéné, on entend désigner tout réac~if inorganique ou organique comportant dans sa molécule deux atomes il d'oxygene liés l'un à l'autre par une liaison covalente. Les i~ 20 composés peroxygénés peuvent être choisis parmi le peroxyde d'hydrogène, les peroxydes métalliques et, en particulier, les peroxydes de métaux alcalins ou alcalino-terreux tels que le peroxyde de sodium, les persels inorganiques tels que les perborates, les percarbonates et les persulfates, les peracides inorganiques tels que les acides monoperoxysulfurique (acide de Caro) et diperoxysulfurique, les peracides organiques et, en particulier, ceux qui contiennent 2 à 7 atomes de carbone tels ~i que les acides peroxyacétique et peroxypropionique ainsi que ;~ leurs sels et les hydroperoxydes et peroxydes organiques. De bons résultats ont été obtenus avec le peroxyde d~hydrogène, l'acide monoperoxysulfurique et ses sels de sodium, l'acide peroxy-acétique et les peroxyacétates de sodium. Le reactif peroxygéné
;.` peut indifféremment être identique dans les deux étapes du procedé ou ne pas être le même dans l'étape acide et dans l'etape alcaline. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec une séquence Acide de Caro - Peroxyde d'hydrogène alcalin (symbolisée ... .

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W O 92/07139 PC~r/EP91/01906 ~ ~6~ 4 -ci-après par le sigle Ca~P) ainsi qu'avec une séquence Peroxyde d'hydrogène acide - Peroxyde d'hydrogène alcalin (symbolisée ci-après Pa~P)~
Le p~ de la première étape avec un composé peroxygéné selon l'invention est acide et, géneralement, inférieur à 5. De ` préférence, ce p~ est compris entre 0,5 et 3,5.
Le pU de la deuxieme étape avec un composé peroxygené doit être alcalin et, le plus souvent, supérieur à 9. De préférence, - ce p~ est compris entre 10,5 et 13,5.
Selon l'invention9 le composé reducteur de l'étape inter-calaire peut etre tout produit réducteur utilisé dans l'industrie . du blanchiment des pates à papier. Des exemples de tels produits réducteurs sont l'acide formamidinesulfinique (FAS) et ses sels d~ammonium, de métal alcalin ou alcalino-terreux, les borohy-drures, hydrosulfite, sulfite ou bisulfite d'ammonium, de métal alcalin ou alcalino-terreux. Le FAS et le borohydrure de sodium ~-ont donné de bons résultats. Le FAS est préféré en raison de son efficacité plus élevée.
; La quantité de réducteur mise en oeuvre à l'étape inter-calaire se situe généralement entre 0,05 et 1,5 X en poids par rapport à la pate sèche. Les quantités préférées sont comprises entre 0,08 et 1,0 X. Une quantité te 0,1 X donne déjà de bons résultats.
Entre la première étape avec le composé peroxygéné et l'étape intercalaire réductrice, on peut pratiquer un lavage de la pâte à l'eau suivi d'une reconcentration jusqu'à une teneur en matières sèches identique à celle qui prévaut dans la première étape. Une variante intéressante au procédé selon l'invention est `i de ne pratiquer aucun lavage de la pate entre la première étape avec le composé peroxygéné et l'étape intercalaire avec le composé réducteur. De meme, après l'étape intercalaire réductrice, on a la possibilité d~effectuer un lavage et une i reconcentration de la pâte avant de la traiter avec le composé
peroxygéne alcalin. Une variante intéressante est ici aussi de 3; n'effectuer aucun lavage entre l'étape intercalaire reductrice et G l'étape au composé peroxygené alcalin.

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Le p~ de l'étape intercalaire réductrice peut intifferemment etre acide ou alcalin. De bons résultats ont étés obtenus avec un p~ alcalin co~pris entre 1~,5 et 13,5.
La durée, la température et la consistance de l'étape inter-calaire reductrice ne sont pas critiques. Elles doivent cependant etre choisies soigneusement dans chaque cas d'espèce en fonction ` de divers paramètres tels que nature du bois et du composé
réducteur, niveau de l'indice kappa, etc... Le choix de ces conditions sera déterminé à l~aide d'essais de laboratoires exploratoires systématiques à la portée de tout homme tu métier désireux d'optimiser les paramètres de la réaction. En règle ` générale, la durée sera comprise entre lO et 120 minutes la température entre 40 et 90 C et la consistance entre 5 et 30 %
en poids. Des conditions de 20 minutes, de 60 C et de 15 X de ` 15 consistance ont donné de bons résultats dans le cas d'une pate de résineux d'indice kappa de 30 (pâte écrue non traitée provenant de la cuisson kraft).
Une variante $ntéressante au procédé selon l'invention consiste à faire précéder les trois étapes de traitement :
composé peroxygéné acide - réducteur - composé peroxygéné alcalin par une étape de prédélignification. Dans cette étape de prédéli-gnification, on peut mettre en oeuvre, de manière indifférente, n~importe quel réactif délignifiant tel que le chlore, le bioxyde ~ de chlore ou le mélange de ces deux réactifs, la composition i 25 soude caustique et anthraquinone, l'oxygène, le mélange oxygène et peroxyde d~hydrogène. Il est souvent souhaitable, pour des raisons écologiques, que dans cette étape de prédelignification, on ne mette en ~euvre aucun réactif chloré. C'est pourquoi, on -` préfère généralement utiliser l'oxygène ou la combinaison oxygène 30 - peroxyde d~hydrogène à titre de réactif délignifiant.
Dans une autre variante au procédé selon l~invention, on peut si l'on désire obtenir de hauts niveaux de blancheur, faire suivre la deuxième étape avec un co~posé peroxygéne alcalin par une séquence d'étapes de blanchiment traditionnelles impliquant 35 ou non des réactifs chlorés. Des exemples de telles étapes sont les suivantes : bioxyde de chlore, hypochlorite de sodium, . ' ... .

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extractions à la soude caustique en présence ou non de peroxyde -i d'hydrogène-Le procédé selon l~invention est bien adapté à la production de pâtes semi-blanchies exemptes de tout résidu chloré organique.
A ce titre, il peut être utilisé pour la production de pâtes intervenant dans la fabrication de papier d'emballage à usage ~i alimentaire.
Les exemples suivants sont donnés pour illustrer l'invention, sans pour autant en limiter la portée.
Exemple lR (non conforme à l~invention) Un echantillon de pâte chimique de pin ayant subi une cuisson kraft (blancheur initiale 27,4 ISO mesurée selon la ; norme ISO 2470, indice kappa 29,3 mesuré selon la norme SCAN
Cl:59) a éte mélangé avec l X en poids dè ~22 et l % en poids de ~254 par rapport à la pâte sèche. On a ajouté de l'eau démi-néralisée en quantité requise pour atteindre une consistance de 15 X et on a placé l'échantillon contenant les réactifs dans un , sac en polyéthylène que l~on a immergé, après l'avoir malaxe soigneusement, dans un bain d'eau thermostatisée a 60 C. Après 2 ! 20 heures de réaction, la pâte a été lavée dans un volume d'eau , déminéralisée correspondant à 40 fois son poids sec. Après filtration sur un filtre buchner, la pâte a éte replacée dans un autre sac en polyéthylène et traitée par l Z en poids de ~22 et

2 X en poids de NaOR par rapport à la pâte sèche. On a ensuite ajoutë de l'eau déminéralisée pour ajuster la consistance à 12 %
' et malaxé la pâte pour homogenéiser les réactifs, puis on a laissé réagir pendant l heure dans un bain d'eau thermostatisée à
60 C.
Après réaction, la pâte a été lavée dans un volume d~eau déminéralisée correspondant à 40 fois son poids sec et filtrée 1 sur un filtre buchner. On a ensuite procédé à la détermination de - la viscosité de la pâte traitee en se conformant au mode opératoire décrit dans la norme TAPPI T 230.
,~ Le résultat de la mesure de viscosité a eté de 13,2 mPa.s.
i 35 Exemple 2 (selon l~invention) On a reproduit l'exemple lR en intercalant entre les deux "
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W O 92/07139 PC~r/EP91/Ot906 209l1268 étapes à 1'~2O2 une étape de traitement réductrice où l'on a mis en oeuvre 0,1 Z en poids d'acide formamidinesulfinique et 1,5 %
de NaO~ à 15 % de consistance durant 20 minutes à 60 C. Apres l~étape intercalaire reductrice, on a procéde à un lavage de la pâte dans les mêmes conditions qu'a l~exemple lR puis on a traité
la pate avec le peroxyde d'hydrogène alcalin. La quantité de NaOH
dans l'étape au peroxyde d'hydrogène alcalin a cependant été
' rétuite a 0,5 Z de façon à mettre en oeuvre la même quantité
; totale de NaO~ qu'à l'exemple lR.
- l Le résultat de la mesure de la viscosité de la pate traitée; a été de 15,1 mPa.s.
Exemples 3R (non conforme à l~invention) et 4 (selon l'invention) On a reproduit les exemples lR et 2 avec une autre pâte kraft de pin d'indice kappa de 23. En fin de traitement, on a mesuré les indices kappa (selon la norme SCAN C1:59) et de ~ resistance au déchirement (selon la norme TAPPI T 414).
; Les résultats obtenus ont été les suivants :
Séquence de traitement Indice kappa Indice de déchirement ' mN.m2tg Pa_P 16,4 4,5 Pa-FAS 16,5 5,9 Exemples SR (non conforme a l'invention) et 6 (selon l'invention) On a reproduit les exemples lR et 2 avec la même pate kraft te pin d'indice kappa de 29,3 mais en remplaçant la première étape au peroxyde d'hydrogène acide par une étape à l'acide de -Caro en quantité de 2 % en poids d'acide de Caro par rapport à la pâte sèche.
Les résultats de la mesure du degré de polymérisation ont été :
Séquence de traitement Viscosité de la pate (mPa.s) ~ Ca~P 18,4 ; Ca-FAS-P 20,6 Exemples 7R (non conforme à l'invention), 8 et 9 (selon l'invention) '' . ' - ' ~
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W O 92/07139 . PCr/EP91/01906 , On a traité une pâte kraft de pin d'indice kappa de 23 au moyen des séquences de délignification/blanchiment pauvres en chlore dont les caractéristiques suivent :
Exemple 7R Exemple 8 Exemple 9 5 le étape (O/P) :
Réactifs 2~ 6 bars 2~ 6 bars 2~ 6 bars H202 ~ 1 Z H22 ~ 1 % B22, 1 NaOH, 2,5 X NaOH, 2,5 % NaOH, 2,5 Z
MgS04, 0,1 X HgS04, 0,1 % MgS04, 0,1 X
lO Température 90 C 90 ~C 90 C
Consistance 12 X 12 Z 12 %
~ Durée 60 min 60 min 60 min 2e étape (Ca) Réactifs H250s, 2,0 % H2505~ 2~0 % H250s, 2,0 %
: I5 Température 50 C 50 C 50 C
j Consistance 15 X 15 % 15 %
j Durée 60 min 60 min 60 min '- 3e étape (R) :
~A Réactifs néant FAS, 0,1 % NaBH4, 0,1 %
A 20 NaO~, l,5 % NaOH, 1,5 %
Température 60 C 60 C
~ Consistance 12 X 12 Z
Durée 30 min 30 min 4e étape (P) :
Réactifs H202, 1~0 X H202, 1,0 %. ~22- l,O X
. NaOH, 2,0 % NaOH, 0,5 X NaOH, 0,5 %
Température 60 C 60 C 60 C
Consistance 12 Z 12 Z 12 %
Durée 60 min 60 min 60 min ~i 30 5e étape (Dl) :
~ Réactifs Cl02, 2,5 X C102, 2,5 % Cl02, 2,5 Z
1 Température 70 C 70 C 70 C
Consistance 12 % 12 X 12 X
Durée 120 min 120 min 120 min ..
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' w 0 92/n7l39 PC~r/EP91/Ot906 - 9 - ~ O ~ 6 ~

6e etape (D2) :
Réactifs Cl02, 0,5 X C102, 0,5 % Cl02, 0,5 %
Température 70 C 70 C 70 C
Consistance 12 X 12 Z 12 Durée 120 min 120 min 120 min On a mesuré les résultats suivants :
Exemple 7R Exemple 8 Exemple 9 Après la le étape O/P :
Indice kappa 14,2 14,2 14,2 Blancheur, ISO 39,3 39,3 39,3 Après la 2e étape Ca :
Indice kappa 11,7 12,1 12,1 Blancheur, ISO 41,5 41,4 41,4 Viscosité, mPa.s 11,8 11,8 11,8 Apres la 4e étape P :
Indice kappa 8,1 7,9 9,4 Blancheur, ISO 56,1 55,5 53,6 Après la 5e étape D1 :
Indice kappa 2,6 3,4 2,6 Blancheur, ISO 69,3 63,4 70,0 :
Après la 6e étape D2 :
Blancheur, ISO 78,2 72,8 78,0 Viscosité, mPa.s 7,85 13,2 9,0 :
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Claims

1 - Procédé pour la préservation des caractéristiques de résistance mécanique d'une pâte à papier chimique pendant un traitement de délignification et/ou de blanchiment comportant deux étapes de traitement au moyen d'un réactif peroxygéné, la première en milieu acide et la deuxième en milieu alcalin, carac-térisé en ce qu'on intercale entre les deux étapes un traitement au moyen d'un composé réducteur.

2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composé réducteur est choisi parmi l'acide formamidinesulfi-nique, les borohydrure, hydrosulfite, sulfite ou bisulfite d'ammonium, de métal alcalin ou de métal alcalino-terreux.

3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le composé réducteur est te l'acide formamidinesulfinique.

4 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le composé réducteur est du borohydrure de sodium.

5 - Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérise en ce le composé réducteur est mis en oeuvre en milieu alcalin.

6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, dans la première étape, le composé
peroxygéné est l'acide peroxymonosulfurique (acide de Caro).

7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, dans la première étape, le composé
peroxygéné est le peroxyde d'hydrogène.

8 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, dans la deuxième étape au peroxyde, le composé peroxygéné est le peroxyde d'hydrogène.

9 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'on fait précéder les trois étapes de traitement composé peroxygéné acide - réducteur - composé
peroxygéné alcalin d'une étape de prédélignification exempte de réactif chloré.

10 - Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape de prédélignification est une étape à l'oxygène ou une étape combinant l'oxygène et le peroxyde d'hydrogène.