CH644164A5

CH644164A5 - Procede de cuisson de materiaux lignocellulosiques en vue de la production de pate a papier.

Info

Publication number: CH644164A5
Application number: CH665579A
Authority: CH
Inventors: Lucien Bourson; Serge Delavarenne; Pierre Tellier
Original assignee: Ugine Kuhlmann
Priority date: 1978-07-27
Filing date: 1979-07-17
Publication date: 1984-07-13
Also published as: SE445653B; IT1121018B; ES8101159A1; ES482868A0; NO153432C; JPS5540889A; IT7968554A0; CA1144311A; DE2930368A1; FR2442912A1; SE7906410L; FI71780B; US4451333A; BR7904739A; AT376247B; SU1187727A3; FR2442912B1; BE877401A; FI71780C; FI792345A7

Description

La présente invention concerne un procédé de cuisson de matériaux lignocellulosiques tels que bois, paille, lin, alfa, bagasse, etc.... en vue de la production de pâte à papier, caractérisé en ce qu'il met en œuvre également les bains utilisés dans le procédé.

La préparation des pâtes à papier à partir de matières végétales lignocellulosiques comporte généralement un stade de cuisson avec des lessives alcalines destiné à dissoudre les impuretés non cellulosiques, notamment la lignine présente en proportion plus ou moins grande selon les espèces végétales. Des protéines, des gommes, des hémicelluloses peuvent également être éliminées par le traitement de cuisson alcaline. Selon les conditions dans lequelles est effectué ce traitement, la cellulose peut subir ou non une certaine dégradation chimique. Cette dégradation chimique modifie les qualités de la cellulose et altère ses propriétés mécaniques, ce qui est préjudiciable à son utilisation papetière.

Ainsi le procédé de cuisson à la soude qui consiste à faire agir une lessive de soude caustique, sans autre additif, à température et pression élevées sur des copeaux de bois, conduit généralement à l'obtention de pâtes à papier de faibles caractéristiques avec un rendement médiocre.

s L'addition de sulfure alcalin à la liqueur de cuisson à la soude a été reconnue depuis longtemps comme bénéfique et a donné naissance au procède de cuisson Kraft ou procédé dit «au sulfate» qui est universellement utilisé et qui fournit la plus grande part des pâtes à papier chimiques employées dans io le monde.

Malheureusement, le procédé de cuisson Kraft à la soude et au sulfure donne naissance à des composé sulfurés volatils génénateurs de pollution atmosphérique et, malgré toutes les précautions prises pour éviter cette pollution, il est souvent iî bien difficile de l'éviter d'une manière économique.

Des études ont montré que la réaction de dégradation de la cellulose en milieu alcalin était due à la présence d'un groupe réducteur en bout de chaine cellulosique. C'est â ce niveau que l'attaque alcaline induit la coupure de la chaine 2o (réaction de «peeling»: cf SVENSK PAPPERSTIDNIG, n° 9, 15mai 1966-p. 311). L'addition de polysulfure ou de composés oxydo-réducteurs, en provoquant la réduction du groupe aldéhyde terminal en groupe alcool ou son oxydation en acide carboxylique, empêche la réaction de dégradation de 25 se produire.

On a proposé d'ajouter à la lessive de cuisson à la soude, à la place du sulfure, des dérivés sulfonés de I'anthraquinone (cf brevet de la République Démocratique d'Allemagne n° 98 549 du 20/06/1973), mais, en opérant de cette façon, on 30 n'évite pas complètement, les problèmes de pollution. Dans le brevet américain n° 4 012 280 du 15/031977 il a été proposé d'ajouter à la lessive de cuisson un dérivé quinonique non soufré tel que I'anthraquinone, qui n'entraîne pas de problème de pollution atmosphérique.

35

Il a maintenant ete trouve, conformément à la presente invention, qu'il était possible d'obtenir des résultats avantageux en incorporant comme additif dans les lessives de cuisson des matériaux lignocellulosiques du tétrahydro-1,2,3,4 antracè-nediol-9,10.

40

Le tetrahydro-1,2,3,4 anthracènediol-9,10 est un composé connu, qui peut être obtenu par exemple par hydrogénation catalytique de I'anthraquinone (cf SKITA, Ber, 1925,58, 2685-97).

45 L'addition de tétrahydro-1,2,3,4 anthracénediol-9,10 à une lessive de cuisson du procédé de cuisson â la soude permet d'obtenir des pâtes présentant des propriétés mécaniques voisines de celles de pâtes Kraft, à rendements et indices Kappa voisins.

50 L'addition de ce même composé à une lessive de cuisson du procédé de cuisson Kraft (ou «au sulfate») permet d'abaisser sensiblement l'indice Kappa des pâtes sans en altérer les propriétés mécanique's. A indices Kappa identiques, on peut obtenir des rendements supérieurs à ceux obtenus pour la pâte 55 Kraft de référence (c'est-à-dire la pâte préparée par le procédé Kraft sans additif). Dans les mêmes conditions, l'addition d'anthraquinone à la place de tétrahydro-1,2,3,4 anthracène-diol-9,10 conduit à des pâtes de caractéristiques mécaniques inférieures.

60 Ces résultats peuvent être obtenus, dans le cas d'une cuisson à la soude, pour des taux de soude caustique compris entre 10 et 25% en poids de soude par rapport au végétal sec et des taux de tétrahydro-1,2,3,4 anthracénediol-9,10 compris entre 0,01 et 10%, de préférence entre 0,05 et 2% en poids par

65 lessive de cuisson rapport au végétal sec, le rapport en poids — —■

vegetai sec

étant de 3 à 6 et la température de cuisson étant comprise entre 150 et 200°C. Les lessives de cuisson utilisées dans ce cas

3

644 164

sont donc des bains aqueux contenant 1,66% à 8,33% en poids de soude caustique et 0,00166% à 1,66%, de préférence 0,0083% à 0,33%, en poids de tétrahydro-1,2,3,4 anthracénediol-9,10.

Dans le cas de la cuisson Kraft, le taux d'alcali actif (par 5 alcali actif on entend la somme NaOH + Na2S exprimée en NaOH) est compris entre 10 et 25% en poids de soude caustique par rapport au végétal sec, la sulfidité (par sulfidité on entend le pourcentage en poids de Na2S par rapport à l'alcali actif) est comprise entre 15 et 30% en poids par rapport à l'alcali i0 actif et le taux d'adjuvant tétrahydro-1,2,3,4 anthracène-diol-9,10 est compris entre 0,01 et 10%, de préférence entre 0,05 et 2%, en poids par rapport au végétal sec, le rapport en lessive de cuisson poids — étant de 3 à 6 et la température de i5

vegetai sec cuisson étant comprise entre 150°C et 200°C. Les lessives de cuisson utilisées dans ce cas sont donc des bains aqueux ayant un taux d'alcali actif de 1,66% à 8,33% en poids, une sulfidité de 15 à 30% en poids par rapport à l'alcali actif et contenant 0,00 166% à 1,66%, de préférence 0,0083% à 0,33%, en 20 poids de tétrahydro-1,2,3,4 anthracènediol-9,10.

Les exemples ci-après illustrent l'invention sans en limiter la portée.

25

Exemple 1

On soumet des copeaux de pin maritime des Landes à la cuisson dans un autoclave avec une liqueur de soude. Les conditions de cuissons sont les suivantes:

a) paramètres constants:

- taux de soude caustique: 22% en poids par rapport au végétal sec

- rapport en poids végétal: 4

- température de cuisson: 170 °C

- temps de montée à la température de cuisson: 90 min

- temps de cuisson 90 min b) paramètres variables:

nature et taux de l'adjuvant:

essai sans adjuvant (témoin): taux d'adjuvant 0%

essais avec adjuvant tétrahydro-1,2,3,4 anthracè-nediol-9,10:

taux d'adjuvant 0,1 % 0,5% 1 % en poids par rapport au végétal sec essai avec adjuvant anthraquinone: taux d'adjuvant 0,5% en poids par rapport au végétal sec

Après cuisson, les pâtes obtenues sont lavées, désintégrées et classées sur grille de 0,3 mm (classeur Vewerk).

Sur les pâtes, on détermine:

- le rendement brut et le rendement en pâte classée

- sur les pâtes écrues, l'indice Kappa suivant la norme française NFT12 018

Sur les liqueurs après cuisson, on détermine:

- lepH

- la consommation en soude

Les résultats des déterminations sont rassemblés dans le tableau I ci-après. Dans ce tableau figurent également, à titre comparatif, les résultats obtenus dans un essai suivant le procédé Kraft conventionnel (c'est-à-dire sans additif).

Tableau I

Effet de l'addition de tétrahydro-1,2,3,4 anthracénediol 9,10 (4 HAD) à une liqueur de cuisson à la soude.

Témoin

4 HAD

Référen

Anthra

sans

ce Kraft quinone

additif

conven-

0,5%

0,1%

0,5%

1%

tionelle

Rendement brut, %

50,0

46,5

44,9%

45,2

44,9

46,8

Rendement classé, %

48,6

45,8

44,7%

45,0

44,7%

46,2

Indice Kappa (IK)

87,7

50,2

32

28,1

31,7

32,2

pH liqueur après

cuisson

12,4

11,8

12,3

% soude consommée/

au bois

15,8

16,7

17,8

18,0

17,0

17,5

en alcali

effectif

On constate que l'addition de tétrahydro-1,2,3,4 anthra-cènediol- 9,10 accélère la délignification et la rend plus sélective. L'effet est d'autant plus marqué que la quantité d'adjuvant est plus grande. Avec 0,5% de tétrahydro-1,2,3,4 anthracénediol-9,10 la cuisson à la soude devient aussi performante que la cuisson Kraft conventioneile du point de vue de la délignification.

Le tétrahydro-1,2,3,4 anthracénediol-9,10 a sensiblement le même effet que I'anthraquinone.

Les pâtes écrues de référence et celles obtenues avec 0,5% d'adjuvant (tétrahydro-1,2,3,4 anthracénediol-9,10 ou anthraquinone) dans la liqueur de cuisson ont été raffinées au moulin Jokro et les feuilles pour essais physiques, d'un gram-55 mage de 70 g au m2 environ, ont été réalisées à la formette Rapid Kothen. Les caractéristiques mécaniques suivantes ont été déterminées sur les feuilles:

- longueur de rupture: norme AFNOR NFQ 03004

- indice d'éclatement: norme AFNOR NFQ 03014 60 - indice de déchirure: norme AFNOR NFQ 03011

- résistance au pliage: norme AFNOR NFQ 03001

Les résultats obtenus sont rassemblés dans le tableau II ci-après:

644164

4

Tableau II

Caractéristiques mécaniques des pâtes écrues raffinées à 40° SR (Schopper Riegler)

Témoin

4 HAD

Anthraqui-

Kraft

sans

0,5%

none: 0,5%

référence

additif

IK=87,7

IK=32

IK = 32,2

IK=31,7

Rdt=50%

Rdt=44,9%

Rdt = 46,8%

Rdt=44,9%

Longueur de rupture, m

4570

6730

7230

7130

Résistance au pliage

230

1123

945

1854

Indice d'éclatement

2,81

4,72

5,07

5,71

Indice de déchirure

1009

844

813

904

On constate que les caractéristiques mécaniques, donc la qualité, de la pâte écrue obtenue par cuisson à la soude en présence de 0,5% de tétrahydro-1,2,3,4 anthracènediol-9,10 sont très proches de celles de la pâte Kraft conventionelle.

Exemple 2

On soumet des copeaux de pin maritime des Landes à une cuisson en autoclave avec une liqueur soude-sulfure (procédé de cuisson Kraft) dans les conditions ci-dessous:

a) paramètres constants:

taux d'alcali actif: 22% en poids par rapport au végétal sec

- sulfidité: 25% par rapport à l'alcali actif

- rapport en poids liqueur/végétal: 4 -température de cuisson: 170 °C

- temps de montée à la température de cuisson: 90 min

- temps de cuisson: 120 min b) paramètres variables nature et taux de l'adjuvant:

20 essai sans adjuvant (témoin): taux d'adjuvant 0%

essais avec adjuvant tétrahydro-1,2,3,4 anthracénediol-9,10: taux d'adjuvant 0,1% 0,5%, 1% en poids par rapport au végétal sec.

essai avec adjuvant antrhacuinone: taux d'adjuvant 0,5% 25 en poids par rapport au végétal sec.

Après cuisson les mêmes opérations et déterminations que celles décrites à l'exemple 1 sont effectuées sur les pâtes et les liqueurs de cuisson. Les résultats obtenus sont rassemblés dans les tableaux III et IV ci-après.

Tableau III

Effet de l'addition de tétrahydro-1,2,3,4 anthracéne diol-9,10 (4 HAD) à une liqueur de cuisson Kraft.

Témoin

4 HAD

Anthraqui-

Kraft

none

sans

•

additif

0,1%

0,5%

1%

0,5%

Rendement brut, %

44,9

44,3

44,6

44,0

Rendement classé %

44,7

44,2

44,5

43,8

Indice Kappa (IK)

31,7

26,7

25,0

21,6

24,3

pH liqueur cuisson

11,8

11,7

11,8

12,1

% alcali effectif

consommé/bois

17,0

17,3

17,6

18,9

17,4

Tableau IV

Caractéristiques mécaniques des pâtes écrues raffinées à 40 °C SR

Témoin 4 HAD: Anthraquino-

0,5% ne: 0,5%

IK=31,7 % IK=25 IK=24,3

Rdt=44,9% Rdt=44,3% Rdt=44%

Longueur de rupture, m 7130 7140 5850

Résistance au pliage 1854 1345 985

Indice d'éclatement 5,71 5,79 4,48

Indice de déchirure 904 885 808

5

644164

On constate que l'addition de tétrahydro-1,2,3,4 anthracénediol-9,10 (4 HAD) augmente la vitesse et la sélectivité de la délignification au cours d'une cuisson Kraft. Dans les conditions opératoires utilisées cet effet se traduit par une décros-sance de l'indice Kappa des pâtes sans réduction du rendement de la cuisson quand le taux d'adjuvant utilisé augmente.

L'addition de 0,5% d'adjuvant permet de réduire l'indice Kappa d'une pâte Kraft de pin maritime de 32 à 24 à 25. L'addition de tétrahydro-1,2,3,4 anthracénediol-9,10 est plus favorable que celle d'anthraquinone qui, ainsi que le mon-5 trent les caractéristiques mécaniques des pâtes écrues, provoque une dégradation relativement importante de la cellulose.

Claims

644164

1. Procédé de cuisson de matériaux lignocellulosiques par chauffage desdits matériaux à 150 °C-200 °C dans une lessive de cuisson contenant de la soude caustique, caractérisé en ce que la lessive de cuisson utilisée contient 0,01 % à 10% en poids de tétrahydro-1,2,3,4 anthracénediol-9,10 par rapport au végétal sec.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lessive de cuisson contient 0,05% à 2% en poids de tétrahy-dro-1,2,3,4 anthracénediol-9,10 par rapport au végétal sec.

2

REVENDICATIONS

3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la lessive de cuisson contient en plus un sulfure alcalin.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la lessive de cuisson contient 10 à 25% en poids de soude caustique par rapport au végétal sec, le rapport en lessive de cuisson poids étant de 3 à 6.

vegetai sec

5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la lessive de cuisson a un taux d'alcali activ de 10% à 25% en poids par rapport au végétal sec et une sulfidité de 15% à 30% en poids par rapport à l'alcali actif, le rapport en lessive de cuisson

étant de 3 à 6.

vegetai sec

6. Bain aqueux pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est formé par une lessive contenant de la soude caustique et 0,01 % à 10% en poids de tétrahydro-l,2,3,4-anthracénediol-9,10 par rapport au végétal sec.

7. Bain aqueux selon la revendication 6 pour la mise an œuvre du procédé selon la revendication 4, contenant 1,66% à 8,33% en poids de soude caustique et 0,00166% à 1,66% en poids de tétrahydro-l,2,3,4-anthracénediol-9,10.

8. Bain aqueux selon la revendication 7, contenant 0,0083% à 0,33% en poids de tétrahydro-l,2,3,4-anthracé-ne-diol-9,10.

9. Bain aqueux selon la revendication 6 pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 5, ayant un taux d'alcali actif de 1,66% à 8,33% en poids, une sulfidité de 15% à 30% en poids par rapport à l'alcali actif et contenant 0,00166% à 1,66% enpoidsdetétrahydro-l,2,3-4-anthracé-nediol-9,10.

10. Bain aqueux selon la revendication 9, contenant 0,0083% à 0,33% en poids de tétrahydro-1,2,3,4-anthracé-nediol-9,10.