EP4189162B1 - Procede de fabrication de papier et de carton - Google Patents

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EP4189162B1
EP4189162B1 EP21743222.8A EP21743222A EP4189162B1 EP 4189162 B1 EP4189162 B1 EP 4189162B1 EP 21743222 A EP21743222 A EP 21743222A EP 4189162 B1 EP4189162 B1 EP 4189162B1
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EP
European Patent Office
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polymer
weight
oily suspension
water
anhydrous
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EP4189162C0 (fr
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Gatien Faucher
Damien FOUGEROUSE
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Original Assignee
SNF Group
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Definitions

  • the present invention relates to a process for manufacturing paper and board having improved total retention, charge retention and drainage properties, and/or superior mechanical characteristics of the paper/board. More specifically, the subject of the invention is a manufacturing process involving the prior preparation of a stock solution of at least one water-soluble polymer with specific dissolution properties before its addition to the fibrous suspension.
  • the present invention also relates to the papers and cardboards obtained by this process.
  • retention properties we mean the ability to retain suspended matter from the paper pulp (fibers, fillers (calcium carbonate, titanium oxide, etc.), etc.) on the forming fabric, therefore in the fibrous mattress which will constitute the final sheet.
  • the mode of action of retention agents is based on the flocculation of these materials suspended in water. In fact, the flocs formed are more easily retained on the forming fabric.
  • Charge retention consists of specifically retaining charges (small mineral species with little affinity with cellulose). The significant improvement in charge retention results in clarification of white water by retaining charges in the sheet of paper as well as increasing its weight. This also gives the possibility of replacing part of the fibers (the most expensive component in the composition of paper) with fillers (lower costs) to reduce paper manufacturing costs.
  • this is the ability of the fibrous mattress to evacuate or drain the maximum amount of water so that the sheet dries as quickly as possible, particularly during its manufacture.
  • All retention and drainage systems known in the prior art are characterized by the fact that their main retention agent is water-soluble polymers of high molecular weight, greater than 1 million g/mol, generally greater than 3 million g/mol, called flocculants. They are generally cationic and have the particularity, due to their high molecular weight, of being able to be in the form of emulsion (inverse), oily suspension (distilled inverse emulsion), microemulsion or powder. These polymers are generally introduced at a level of 50 to 800 g/t of dry polymer compared to dry paper.
  • WO 2006/071175 describes a composition and its use in papermaking.
  • This composition includes a polymer and a hydrocarbon compound (oil, grease or wax). During papermaking, it can be added to a fiber suspension directly or after being emulsified. It is not used to form an aqueous solution before adding it to a fiber suspension. It can also be applied to the sheet of paper.
  • a hydrocarbon compound oil, grease or wax
  • paper processes may also involve sheet strength agents, in the dry and/or wet state.
  • Some dry strength agents are water-soluble polymers with an average molecular weight of at least 750,000 Dalton, and may be in powder or reverse emulsion form. As a result, these products have the same disadvantages with regard to their preparation time. This is all the more true as the dosages of additives introduced into the paper pulp are of the order of 500 to 5000 g/t of dry matter (generally cellulosic fibers + fillers). The speed of dissolution of these polymers is therefore a primary factor in reducing the footprint of the preparation units.
  • a papermaking process using an aqueous solution A containing at least one water-soluble polymer P at a concentration by weight C of between 0.1 and 0.5% by weight makes it possible to achieve improved drainage performance, fiber and fines retention, load retention, or mechanical characteristics of the paper/cardboard compared to other forms of products after two minutes, or less, of preparation at 25°C , which implies that the dissolution time of the polymer P is reduced.
  • the residence time of the polymer P in the preparation unit of the aqueous solution A is shorter, with a lower volume of maturation preparation tank and therefore a reduced footprint within the paper mill.
  • the viscometer equipped with a helical geometry operates on the basis of an air bearing motor driving a geometry allowing controlled shear or controlled shear stress tests.
  • dry matter corresponds to the dry extract obtained after evaporation of water from the fibrous suspension used in a process for manufacturing a sheet of paper or cardboard.
  • the dry material is generally based on cellulosic fibers and fillers, advantageously consisting of cellulosic fibers and fillers.
  • cellulosic fibers encompasses any cellulosic entity, including fibers, fines, microfibrils or nanofibrils.
  • polymer refers to both homopolymers and copolymers.
  • water-soluble polymer means a polymer which gives an aqueous solution without insoluble particles when dissolved with stirring for 4 hours at 25°C and with a concentration of 20 gL -1 in water .
  • fibrous suspension is meant the thick paste or the diluted paste which is based on water and cellulosic fibers and fillers.
  • the thick stock (Thick Stock), having a concentration by weight of dry matter greater than 1%, or even greater than 3%, is upstream of the mixing pump (“fan-pump”).
  • the diluted paste (“thin stock”), having a concentration by weight of dry matter generally less than 1%, is located downstream of the mixing pump.
  • the aqueous solution A of polymer P can also be called the stock solution of polymer P. Before its addition to the fibrous suspension, this solution A, filtered at 300 ⁇ m, shows no trace of undissolved polymer P.
  • the viscosity of solution A over time is determined, in water at 25°C, using a viscometer, preferably of the Thermo Scientific HAAKE iQ Air type equipped with a helical geometry.
  • an alkyl group designates a hydrocarbon group C n H 2n+1 , n being advantageously between 1 and 5, more advantageously between 1 and 3.
  • YY and/or ZZ is meant according to the invention either YY, or ZZ or YY and ZZ.
  • the water-soluble polymer P can be linear or structured.
  • structured means that the polymer can be in the form of a branched polymer, for example in the form of a comb or in the form of a star.
  • the water-soluble polymer P can also be structured by at least one structural agent, which can be chosen from the group comprising polyethylenically unsaturated monomers (that is to say having at least two unsaturated functions), such as for example the functions vinyl, allylic, acrylic and epoxy.
  • structural agent such as for example the functions vinyl, allylic, acrylic and epoxy.
  • examples include methylene bis acrylamide (MBA), triallyamine, tetraallylammonium chloride and 1,2 dihydroxyethylene bis-(N-acrylamide).
  • the water-soluble polymer P can be obtained by radical polymerization according to the following polymerization techniques which are well known to those skilled in the art: gel polymerization, precipitation polymerization, inverse emulsion polymerization (optionally followed by distillation).
  • the polymerization is generally free radical polymerization.
  • free radical polymerization we include free radical polymerization using UV, azo, redox or thermal initiators as well as controlled radical polymerization (CRP) techniques or matrix polymerization techniques.
  • CRP controlled radical polymerization
  • the polymer P Prior to the formation of the aqueous solution A, the polymer P is in the form of an anhydrous oily suspension, generally obtained by suspending particles of polymer P in an oil. The absence of adding water to the suspension guarantees the anhydrous character.
  • the polymer P is, prior to the formation of the aqueous solution A, in the form of anhydrous oily suspension containing between 20 and 60% by weight of polymer P under form of particles with an average diameter of between 0.1 ⁇ m and less than 300 ⁇ m, and more advantageously between 1 and less than 300 ⁇ m.
  • the average diameter refers to the number average diameter of the polymer particles.
  • the oil of the anhydrous oily suspension of polymer P is chosen from mineral oils (containing saturated hydrocarbons such as paraffins, isoparaffins or cycloparaffins) and/or synthetic oils.
  • the oil can advantageously represent 40 to 80% by weight of the anhydrous oily suspension, for example 45 to 70%.
  • the anhydrous oily suspension of polymer P comprises between 20 and 60%, more advantageously between 30 and 55%, by weight of water-soluble polymer P, which is advantageously in the form of particles with a lower average diameter of between 0.1 and less than 300 ⁇ m. .
  • the particles of water-soluble polymer P in the anhydrous oily suspension have an average diameter of between 0.1 ⁇ m and less than 300 ⁇ m, and preferably from 1 to less than 300 ⁇ m.
  • the average diameter of the particles can be determined by any method known to those skilled in the art, such as for example by binocular microscopy.
  • the anhydrous oily suspension of polymer P may contain a rheology modifying agent and/or an emulsifying agent and/or an inverting agent.
  • the percentage by weight of oil (advantageously 40 to 80%) is adjusted to reach, or not exceed, 100.
  • the anhydrous oily suspension of polymer P can consist of the polymer P, oil and at least one additive chosen from a rheology modifying agent, an emulsifying agent, an inverting agent and their mixtures.
  • the rheology modifier is chosen from hydroxyethylcellulose, attapulgite, laponite, hectorite, montmorillonite, bentonite, fumed silicas and mixtures thereof.
  • the anhydrous oily suspension of polymer P advantageously contains between 0.05 and 5.00% by weight of rheology modifying agent, more advantageously between 0.05 and 1.5%, even more advantageously between 0.1 and 1.0 % by weight (relative to the weight of the anhydrous oily suspension).
  • the emulsifying agent is advantageously chosen from sorbitan esters, polyethoxylated sorbitan esters, diethoxylated oleocetyl alcohol, polyesters having an average molecular weight of between 1000 and 3000 Dalton resulting from the condensation between a poly(isobutenyl) succinic acid. or its anhydride and a polyethylene glycol, block copolymers with an average molecular weight of between 2500 and 3500 Dalton resulting from the condensation between hydroxystearic acid and a polyethylene glycol, ethoxylated fatty amines, derivatives of di-alkanol amides, copolymers stearyl methacrylate, and mixtures thereof.
  • the anhydrous oily suspension of polymer P advantageously contains between 0.5 and 5.0% by weight of emulsifying agent, more preferably between 1.0 and 2.0% by weight (relative to the weight of the anhydrous oily suspension).
  • the reversing agent is advantageously chosen from ethoxylated nonylphenols, preferably having 4 to 10 ethoxylations; ethoxy and propoxylated alcohols preferably having an ethoxy/propoxylation comprising between 12 and 25 carbon atoms; ethoxylated tridecyl alcohols; ethoxy/propoxylated fatty alcohols; ethoxylated sorbitan esters (advantageously 20 molar equivalents of ethylene oxide); polyethoxylated sorbitan laurate (advantageously 20 molar equivalents of ethylene oxide); polyethoxylated castor oil (advantageously 40 molar equivalents of ethylene oxide); decaethoxylated oleodecyl alcohol; heptaoxyethyl lauryl alcohol; polyethoxylated sorbitan monostearate (advantageously 20 molar equivalents of ethylene oxide); polyethoxylated phenol alkyls (
  • the anhydrous oily suspension of polymer P advantageously contains between 0.1 and 4.0% by weight of inverting agent, advantageously between 0.2 and 2.0% by weight (relative to the weight of the anhydrous oily suspension).
  • the anhydrous oily suspension of polymer P can contain between 0.05 and 5.0% by weight of rheology modifying agent, between 0.5 and 5.0% by weight of emulsifying agent and between 0.1 and 4.0% by weight of reversing agent.
  • the oil and any additional compounds in the anhydrous oily suspension have no effect on the development of the viscosity of the aqueous polymer solution. These compounds therefore have no effect on the factor F (c) . Their possible presence is therefore not harmful (and not necessary) when measuring the factor F (C) .
  • the polymer P is introduced into the fibrous suspension at a rate of 100 to 5000 gt -1 of dry matter (cellulosic fibers + fillers).
  • the fibrous suspension includes the possible use of different fibers: virgin fibers, recycled fibers, chemical pulp, mechanical pulp, micro or nano fibrillated cellulose, with all types of fillers such as TiO 2 , CaCO 3 (crushed or precipitated), kaolin, organic fillers and their mixtures.
  • the water-soluble polymer P can be used within the papermaking process in combination with other products such as mineral or organic coagulants, dry strength agents, wet strength agents, natural polymers such as starches or carboxymethylcellulose. (CMC), inorganic microparticles such as bentonite microparticles and colloidal silica microparticles, organic polymers of any ionic nature (cationic, anionic, or amphoteric) and which can be (without being limiting) linear, branched, crosslinked, hydrophobic, or associative.
  • CMC carboxymethylcellulose
  • inorganic microparticles such as bentonite microparticles and colloidal silica microparticles
  • organic polymers of any ionic nature cationic, anionic, or amphoteric
  • Wet pulp is obtained by disintegration of dry pulp to obtain a final aqueous concentration of 1% by weight. It is a neutral pH pulp composed, by weight, of 90% bleached virgin long fibers, 10% bleached virgin short fibers, and 30% additional GCC (crushed calcium carbonate) (Hydrocal ® 55 from Omya) in relation to the weight of the fibers.
  • GCC crushed calcium carbonate
  • Wet pulp is obtained by disintegration of dry pulp to obtain a final aqueous concentration of 1% by weight. It is a pH-neutral paste made from 100% recycled cardboard fibers.
  • the paste is treated, subjected to a stirring speed of 1000 revolutions per minute.
  • This liter of dough is transferred to the “Canadian Standard Freeness Tester” and the TAPPI T227om-99 procedure is applied.
  • the volume, expressed in mL, recovered by the lateral tubing gives a measurement of gravity dripping. The higher this value, the better the gravity drainage.
  • the pressure under the canvas is recorded as a function of time.
  • the air passes through it causing a break in slope to appear on the curve representing the pressure under the canvas as a function of time.
  • the time, expressed in seconds, recorded at this break in slope corresponds to the draining time. The lower the time, the better the vacuum draining.
  • the necessary quantity of paste is taken so as to ultimately obtain a sheet with a weight of 90 gm -2 .
  • the wet dough is introduced into the vat of the dynamic former and is kept stirring.
  • the different components of the system are injected into this paste according to the predefined sequence.
  • a contact time of 30 to 45 seconds is generally respected between each addition of polymer.
  • Paper shapes are made with an automatic dynamic shaper: a blotter and the forming cloth are placed in the bowl of the dynamic shaper before starting the rotation of the bowl at 1000 rpm -1 and building the water wall .
  • the treated pulp is spread over the water wall to form the fibrous mat on the forming cloth.
  • the fibrous mattress is collected, pressed under a press delivering 4 bar, then dried at 117°C.
  • the sheet obtained is conditioned overnight in a room with controlled humidity and temperature (50% relative humidity and 23°C). The dry strength properties of all sheets obtained by this procedure are then measured.
  • the bursting is measured with a Messmer Buchel M 405 burstometer according to the TAPPI T403 om-02 standard. The result is expressed in kPa.
  • the burst index expressed in kPa.m 2 /g, is determined by dividing this value by the weight of the sheet tested.
  • the breaking length in the dry state is measured in the machine direction with a Testometric AX tensile device according to the TAPPI T494 om-01 standard. The result is expressed in km.
  • type A products are anionic and type C products are cationic.
  • Type X products are high charge density products that can each be used, for example, as a coagulant.
  • Product Xi is inorganic in nature, while product X 2 is organic.
  • Polymer A 1 Water-soluble polymer composed of 30 mol% sodium acrylate and 70 mol% acrylamide in the form of an inverse emulsion, this emulsion comprising 29% A 1 , 30% water, and 30% in weight of oil.
  • a 1 has an average molecular weight of 20 million Daltons (Brookfield viscosity of 8.16 cps (applicable for all polymers below: UL module, 0.1%, 1M NaCl, 60 rpm -1 , 23°C)).
  • Polymer A 2 Water-soluble polymer composed of 30 mol% sodium acrylate and 70 mol% acrylamide in oily suspension form (distilled inverse emulsion). This suspension contains 50% by weight of A 2 , 40 % by weight of oil, 5% of water. A 2 has an average molecular weight of 18 million Daltons (Brookfield viscosity of 7.76 cps).
  • Polymer A 3 Water-soluble polymer composed of 30 mol% sodium acrylate and 70 mol% acrylamide in powder form. As has an average molecular weight of 18 million Dalton (Brookfield viscosity 7.71 cps).
  • Polymer A 4 Water-soluble polymer composed of 30 mol% sodium acrylate and 70 mol% acrylamide in powder form. A 4 has an average molecular weight of 5 million Dalton (Brookfield viscosity 2.21 cps).
  • Polymer A 5 (invention): Water-soluble polymer composed of 30 mol% sodium acrylate and 70 mol% acrylamide in the form of anhydrous oily suspension. The average size of the polymer particles is between 1 and less than 300 ⁇ m.
  • the oily suspension contains 55.5% by weight of polymer A 5 , 37.5% by weight of oil, 4.5% by weight of bentonite, 2% by weight of sorbitan monooleate, and 0.5% by weight of C13 oxo ethoxylated alcohol, A 5 has an average molecular weight of 18 million Dalton (Brookfield viscosity 7.71 cps).
  • Polymer A 6 (invention): Water-soluble polymer composed of 30 mol% sodium acrylate and 70 mol% acrylamide in the form of anhydrous oily suspension. The average size of the polymer particles is between 1 and less than 300 ⁇ m.
  • the oily suspension contains 52.5% by weight of polymer A 6 , 40.5% by weight of oil, 4.5% by weight of bentonite, 2% by weight of sorbitan monooleate, and 0.5% by weight of C13 oxo ethoxylated alcohol, A 6 has an average molecular weight of 5 million Dalton (Brookfield viscosity 2.21 cps).
  • Polymer C 1 Water-soluble polymer composed of 15 mol% of chloromethylated dimethylaminoethyl acrylate (ADAME) and 85 mol% of acrylamide in the form of an inverse emulsion, this emulsion containing 35% of C 1 , 30% of water , and 30% in weight of oil.
  • C 1 has an average molecular weight of 8 million Daltons (Brookfield viscosity of 4.86 cps).
  • Polymer C 2 Water-soluble polymer composed of 15 mol% chloromethylated dimethylaminoethyl acrylate (ADAME) and 85 mol% acrylamide in oily suspension form (distilled inverse emulsion). This suspension contains 50% by weight of C 2 , 40% by weight of oil, and 5% of water. C 2 has an average molecular weight of 8 million Daltons (Brookfield viscosity of 4.96 cps).
  • Polymer C 3 Water-soluble polymer composed of 15 mol% chloromethylated dimethylaminoethyl acrylate (ADAME) and 85 mol% acrylamide in powder form.
  • C 3 has an average molecular weight of 9 million Dalton (Brookfield viscosity 4.96 cps).
  • Polymer C 4 (invention): Water-soluble polymer composed of 15 mol% of chloromethylated dimethylaminoethyl acrylate (ADAME) and 85 mol% of acrylamide in the form of anhydrous oily suspension.
  • the average size of the polymer particles is between 1 and less than 300 ⁇ m.
  • the oily suspension contains 52.5% by weight of C 4 polymer, 40.5% by weight of oil, 4.5% by weight of bentonite, 2% by weight of sorbitan mono oleate, and 0.5% in weight of alcohol C 13 oxo ethoxylated.
  • C 4 has an average molecular weight of 8 million Dalton (Brookfield viscosity 4.96 cps).
  • Product Xi Polyaluminum chloride containing 18% by weight of alumina (Al 2 O 3 ).
  • Product X 2 Cationic product with a cationic charge density of 5.5 meq/g, resulting from the Hofmann reaction on a polyacrylamide.
  • FIG. 1 represents the viscosity versus time curves for polymers A 1 , A 2 and A 3 and A 5 for a polymer concentration of 0.3% by weight in water.
  • FIG. 2 represents the viscosity versus time curve for the polymer As and details the method for calculating the factor F (c) .
  • polymer solutions are prepared at the desired concentration (0.1%, 0.3%, or 0.5% by weight). After 2 minutes of preparation, the polymer solutions are filtered through a filter calibrated at 300 ⁇ m. If the filter is covered with polymer particles, the application test is not carried out (NA: Not Applicable). The filtrates are directly used for application tests.
  • the best performances are obtained with the polymers A 5 , A 6 and C 4 which have factors F (c) greater than 4. They show the importance of the shape of the polymer (anhydrous oily suspension) beforehand. when it is put into solution and the factor F (c) in order to improve the drainage, retention and mechanical properties of the sheet of paper or cardboard.

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Description

    Domaine de l'invention
  • La présente invention concerne un procédé pour la fabrication de papier et de carton présentant des propriétés de rétention totale, de rétention de charges et d'égouttage améliorées, et/ou des caractéristiques mécaniques supérieures du papier/carton. Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé de fabrication impliquant la préparation préalable d'une solution mère d'au moins un polymère hydrosoluble aux propriétés de dissolution spécifique avant son ajout à la suspension fibreuse.
  • La présente invention a également pour objet les papiers et cartons obtenus par ce procédé.
    • Etat antérieur de la technique
  • La mise en oeuvre de systèmes de rétention et d'égouttage est bien connue dans les procédés de fabrication de papier.
  • Par propriétés de rétention, on entend la capacité à retenir les matières en suspension de la pâte à papier (fibres, charges (carbonate de calcium, oxyde de titane...), ...) sur la toile de formation, donc dans le matelas fibreux qui constituera la feuille finale. Le mode d'action des agents de rétention est basé sur la floculation de ces matières en suspension dans l'eau. En effet, les flocs formés sont plus facilement retenus sur la toile de formation.
  • La rétention de charges consiste à retenir spécifiquement les charges (espèces minérales de faible taille présentant peu d'affinités avec la cellulose). L'amélioration significative de la rétention des charges engendre une clarification des eaux blanches en retenant les charges dans la feuille de papier ainsi qu'en augmentant son grammage. Cela donne également la possibilité de substituer une partie des fibres (composant le plus onéreux dans la composition du papier) par des charges (coûts moins élevés) pour réduire les coûts de fabrication du papier.
  • En ce qui concerne les propriétés d'égouttage (ou drainage), il s'agit de la capacité du matelas fibreux à évacuer ou drainer le maximum d'eau afin que la feuille sèche le plus rapidement possible, notamment lors de sa fabrication.
  • Ces deux propriétés (rétention et drainage) sont intimement liées, l'une dépendant de l'autre. Il s'agit alors de trouver le meilleur compromis entre la rétention et l'égouttage. De manière générale, l'homme du métier fait référence à un agent de rétention et d'égouttage car ce sont les mêmes types de produits qui permettent de moduler ces deux propriétés.
  • Tous les systèmes de rétention et d'égouttage connus dans l'art antérieur sont caractérisés par le fait qu'ils ont pour agent principal de rétention des polymères hydrosolubles de haut poids moléculaire, supérieur à 1 million g/mol, généralement supérieur à 3 millions g/mol, appelés floculants. Ils sont généralement cationiques et ont la particularité, en raison de leur haut poids moléculaire, de pouvoir se présenter sous forme d'émulsion (inverse), de suspension huileuse (émulsion inverse distillée), de microémulsion ou de poudre. Ces polymères sont généralement introduits à hauteur de 50 à 800 g/t de polymère sec par rapport au papier sec.
  • Les points d'introduction de ces agents dans le procédé papetier sont généralement situés dans le circuit court, c'est-à-dire après la pompe de mélange (ou « fan pump »), et donc en pâte diluée (ou « thin stock ») dont la concentration est le plus souvent inférieure à 1 %, plus généralement comprise entre 0,5 et 1,2 %, en poids de matière sèche.
  • Quelle que soit la forme physique du polymère hydrosoluble (poudre, émulsion, suspension huileuse), il est nécessaire de préparer au préalable une solution mère (aqueuse) de polymère hydrosoluble pour son injection dans le procédé papetier. Cependant, la viscosité maximale de cette solution mère ne peut être atteinte qu'après plusieurs minutes, voire dizaines de minutes, ce qui implique un temps de résidence prolongé du polymère hydrosoluble dans l'unité de préparation de la solution mère, avec un volume de cuve de préparation de maturation élevé et donc une emprise au sol importante au sein de la papeterie.
  • WO 2006/071175 décrit une composition et son utilisation dans la fabrication du papier. Cette composition comprend un polymère et un composé hydrocarboné (huile, graisse ou cire). Lors de la fabrication du papier, elle peut être ajoutée dans une suspension de fibres directement ou après avoir été émulsifiée. Elle n'est pas utilisée pour former une solution aqueuse avant son addition dans une suspension de fibres. Elle peut aussi être appliquée sur la feuille de papier.
  • Outre les agents de rétention et d'égouttage, les procédés papetiers peuvent également impliquer des agents de résistance de la feuille, à l'état sec et/ou à l'état humide.
  • Certains agents de résistance à sec sont des polymères hydrosolubles de poids moléculaire moyen d'au moins 750 000 Dalton, et peuvent se présenter sous forme de poudre ou d'émulsion inverse. De ce fait, ces produits présentent les mêmes inconvénients au regard de leur temps de préparation. Ceci est d'autant plus vrai que les dosages d'additifs introduits dans la pâte à papier sont de l'ordre de 500 à 5000 g/t de matière sèche (en général fibres cellulosiques + charges). La rapidité de dissolution de ces polymères est donc un facteur primordial pour réduire l'emprise au sol des unités de préparation.
    • Exposé de l'invention
  • De manière inattendue, la Demanderesse a découvert qu'un procédé papetier mettant en oeuvre une solution aqueuse A contenant au moins un polymère hydrosoluble P à une concentration en poids C comprise entre 0,1 et 0,5 % en poids, permet d'atteindre des performances d'égouttage, de rétention de fibres et de fines, de rétention de charge, ou de caractéristiques mécaniques du papier/carton améliorées par rapport aux autres formes de produits au terme de deux minutes, ou moins, de préparation à 25°C, ce qui implique que le temps de dissolution du polymère P est réduit. Le polymère P a un facteur F(C) > 4, avec F(C) = Δ600/C, Δ600 étant la pente pour atteindre 90 % de la viscosité développée à 600 secondes, obtenue à partir de la courbe de viscosité de la solution aqueuse A en fonction du temps, à la concentration donnée C.
  • Ainsi, le temps de résidence du polymère P dans l'unité de préparation de la solution aqueuse A est plus court, avec un volume de cuve de préparation de maturation plus faible et donc une emprise au sol réduite au sein de la papeterie.
  • Plus précisément, la présente invention concerne un procédé de fabrication d'une feuille de papier ou de carton, comprenant l'ajout d'un polymère hydrosoluble P, de poids moléculaire moyen en poids supérieur à 750 000 Dalton, à une suspension fibreuse à raison de 100 à 5000 g.t-1 de matière sèche, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes :
    • Préparer une solution aqueuse A contenant au moins un polymère hydrosoluble P à une concentration en poids C comprise entre 0,1 et 0,5 % en poids, ledit polymère P ayant un facteur F(C) > 4 (strictement supérieur à 4), avec F(C) = Δ600/C, Δ600 étant la pente pour atteindre 90 % de la viscosité développée par la solution aqueuse A à 600 secondes à 25°C, obtenue à partir de la courbe de viscosité de la solution aqueuse A en fonction du temps, à la concentration donnée C, à 25°C,
      • le polymère P étant, préalablement à la formation de la solution aqueuse A, sous forme d'une suspension huileuse anhydre contenant entre 20 et 60 % en poids de polymère P sous forme de particules de diamètre moyen en nombre compris entre 0,1 µm et moins de 300 µm,
      • la viscosité de la solution A au cours du temps étant déterminée à 25°C à l'aide d'un viscosimètre équipé d'une géométrie hélicoïdale,
    • Ajouter la solution aqueuse A à la suspension fibreuse, en un ou plusieurs points d'injection,
    • former une feuille de papier ou de carton.
  • De manière générale, le viscosimètre équipé d'une géométrie hélicoïdale fonctionne sur la base d'un moteur à pallier à air entrainant une géométrie permettant des tests à cisaillement contrôlé ou à contrainte de cisaillement contrôlée.
  • Dans la suite de la description et dans les revendications, tous les dosages de polymère exprimés en g.t-1 ou kg.t-1 sont donnés en poids de polymère actif par tonne de matière sèche. La matière sèche correspond à l'extrait sec obtenu après évaporation de l'eau de la suspension fibreuse utilisée dans un procédé de fabrication d'une feuille de papier ou de carton. La matière sèche est généralement à base de fibres cellulosiques et de charges, avantageusement constituée de fibres cellulosiques et de charges. Le terme « fibres cellulosiques » englobe toute entité cellulosique, incluant les fibres, les fines, les microfibrilles ou les nanofibrilles.
  • Le terme « polymère », désigne aussi bien les homopolymères que les copolymères.
  • Tel qu'utilisé ici, le terme "polymère hydrosoluble" désigne un polymère qui donne une solution aqueuse sans particule insoluble lorsqu'il est dissous sous agitation pendant 4 heures à 25°C et avec une concentration de 20 g.L-1 dans l'eau.
  • Selon la présente invention, le "poids moléculaire moyen en poids " du polymère hydrosoluble est déterminé par mesure de la viscosité intrinsèque. La viscosité intrinsèque peut être mesurée par des méthodes connues de l'homme du métier et peut notamment être calculée à partir des valeurs de viscosité réduite pour différentes concentrations par une méthode graphique consistant à tracer les valeurs de viscosité réduite (sur l'axe des ordonnées) en fonction des concentrations (sur l'axe des abscisses) et en extrapolant la courbe à une concentration nulle. La valeur de viscosité intrinsèque est lue sur l'axe des ordonnées ou à l'aide de la méthode des moindres carrés. Ensuite, le poids moléculaire moyen en poids peut être déterminé par la célèbre équation de Mark-Houwink : η = K M α
    Figure imgb0001
    • où [η] représente la viscosité intrinsèque du polymère déterminée par la méthode de mesure de la viscosité en solution,
    • K représente une constante empirique,
    • M représente le poids moléculaire du polymère,
    • α représente le coefficient de Mark-Houwink,
    • α et K dépendant du système particulier polymère-solvant
  • Par "suspension fibreuse", on entend la pâte épaisse ou la pâte diluée qui sont à base d'eau et de fibres cellulosiques et de charges. La pâte épaisse (Thick Stock), ayant une concentration en poids en matière sèche supérieure à 1 %, voire supérieure à 3 %, est en amont de la pompe de mélange (« fan-pump »). La pâte diluée (« thin stock »), ayant une concentration en poids en matière sèche généralement inférieure à 1 %, est située en aval de la pompe de mélange.
  • La solution aqueuse A de polymère P peut aussi être dénommée solution mère de polymère P. Avant son ajout à la suspension fibreuse, cette solution A, filtrée à 300 µm, ne présente aucune trace de polymère P non dissous.
  • La viscosité de la solution A au cours du temps est déterminée, dans l'eau à 25°C, à l'aide d'un viscosimètre, préférentiellement de type Thermo Scientific HAAKE iQ Air équipé d'une géométrie hélicoïdale.
  • Préférentiellement, le polymère P est obtenu à partir d'au moins un monomère monoéthyléniquement insaturé hydrosoluble, le plus souvent non ionique et/ou anionique et/ou cationique et/ou zwiterrionique de préférence choisi parmi :
    • au moins un monomère non ionique choisi dans le groupe comprenant l'acrylamide, le méthacrylamide, les N-alkylacrylamides, les N-alkylméthacrylamides, les N,N-dialkyl acrylamides, les N,N-dialkylméthacrylamides, les esters alkoxylés de l'acide acrylique, les esters alkoxylés de l'acide méthacrylique, la N-vinylpyridine, la N-vinylpyrrolidone, les hydroxyalkylacrylates, et les hydroxyalkyl méthacrylates, de préférence l'acrylamide,
    • au moins un monomère anionique choisi dans le groupe comprenant les monomères possédant une fonction carboxylique et leurs sels dont l'acide acrylique, l'acide méthacrylique, l'acide itaconique, l'acide maléique ; les monomères possédant une fonction acide sulfonique et leurs sels; dont l'acide acrylamido tertio butyl sulfonique (ATBS), l'acide allyl sulfonique et l'acide méthallyl sulfonique, et leurs sels alcalins ou alcalino-terreux, et les monomères ayant une fonction acide phosphonique et leurs sels,
    • au moins un monomère cationique choisi dans le groupe comprenant l'acrylate de diméthylaminoéthyle (ADAME) quaternisé ou salifié, le méthacrylate de diméthylaminoéthyle (MADAME) quaternisé ou salifié, le chlorure de diallyldiméthylammonium (DADMAC), le chlorure d'acrylamidopropyltriméthylammonium (APTAC), et le chlorure de méthacrylamidopropyltriméthylammonium (MAPTAC),
    • au moins un monomère zwitterionique choisi dans le groupe comprenant les monomères sulfobétaïnes comme le sulfopropyl diméthylammonium éthyl méthacrylate, le sulfopropyl diméthylammonium propylméthacrylamide, et le sulfopropyl 2-vinylpyridinium ; les monomères phosphobétaïnes, comme le phosphate éthyl triméthylammonium éthyl méthacrylate ; et les monomères carboxybétaïnes.
  • Pour les monomères non ioniques, un groupe alkyl désigne un groupe hydrocarboné CnH2n+1, n étant avantageusement compris entre 1 et 5, plus avantageusement entre 1 et 3.
  • Par l'expression « YY et/ou ZZ » on entend selon l'invention soit YY, soit ZZ soit YY et ZZ.
  • Le polymère hydrosoluble P peut être linéaire ou structuré. Le terme « structuré » signifie que le polymère peut être sous forme de polymère branché (ramifié), par exemple sous forme de peigne (« comb ») ou sous forme d'étoile (« star »).
  • Le polymère hydrosoluble P peut en outre être structuré par au moins un agent de structure, pouvant être choisi dans le groupe comprenant des monomères à insaturation polyéthylénique (c'est-à-dire ayant au minimum deux fonctions insaturées), comme par exemple les fonctions vinyliques, allyliques, acryliques et époxy. On peut citer par exemple le méthylène bis acrylamide (MBA), la triallyamine, le chlorure de tétraallylammonium et le 1,2 dihydroxyéthylène bis-(N-acrylamide).
  • Le polymère hydrosoluble P peut être obtenu par polymérisation radicalaire selon les techniques de polymérisation suivantes qui sont bien connues par l'homme de métier : polymérisation en gel, polymérisation par précipitation, polymérisation en émulsion inverse (optionnellement suivie d'une distillation).
  • La polymérisation est généralement une polymérisation à radicaux libres. Par « polymérisation à radicaux libres », nous incluons la polymérisation par radicaux libres au moyen d'initiateurs UV, azoïques, redox ou thermiques ainsi que les techniques de polymérisation radicalaire contrôlée (CRP) ou les techniques de polymérisation sur matrice.
  • Préalablement à la formation de la solution aqueuse A, le polymère P est sous forme de suspension huileuse anhydre, généralement obtenue par mise en suspension de particules de polymère P dans une huile. L'absence d'ajout d'eau à la suspension garantit le caractère anhydre.
  • Le polymère P est, préalablement à la formation de la solution aqueuse A, sous forme de suspension huileuse anhydre contenant entre 20 et 60 % en poids de polymère P sous forme de particules de diamètre moyen compris entre 0,1 µm et moins de 300 µm, et plus avantageusement entre 1 et moins de 300 µm. Le diamètre moyen désigne le diamètre moyen en nombre des particules de polymère.
  • L'huile de la suspension huileuse anhydre de polymère P est choisie parmi les huiles minérales (contenant des hydrocarbures saturés tels que les paraffines, les isoparaffines ou les cycloparaffines) et/ou les huiles synthétiques. L'huile peut avantageusement représenter 40 à 80 % en poids de la suspension huileuse anhydre, par exemple 45 à 70 %.
  • La suspension huileuse anhydre de polymère P comprend entre 20 et 60 %, plus avantageusement entre 30 et 55 %, en poids de polymère hydrosoluble P, qui est avantageusement sous forme de particules de diamètre moyen inférieur compris entre 0,1 et moins de 300 µm.
  • Les particules de polymère hydrosoluble P dans la suspension huileuse anhydre ont un diamètre moyen compris entre 0,1 µm et moins de 300 µm, et préférentiellement de 1 à moins de 300 µm. Le diamètre moyen des particules peut être déterminé par toute méthode connue de l'homme du métier, comme par exemple par microscopie binoculaire.
  • Encore plus préférentiellement, la suspension huileuse anhydre de polymère P peut contenir un agent modificateur de rhéologie et/ou un agent émulsifiant et/ou un agent inverseur. Dans ce cas, le pourcentage en poids d'huile (avantageusement 40 à 80 %) est ajusté pour atteindre, ou ne pas dépasser, 100.
  • Ainsi, la suspension huileuse anhydre de polymère P peut être constituée du polymère P, d'huile et d'au moins un additif choisi parmi un agent modificateur de rhéologie, un agent émulsifiant, un agent inverseur et leurs mélanges.
  • De préférence, l'agent modificateur de rhéologie est choisi parmi l'hydroxyéthylcellulose, l'attapulgite, la laponite, l'hectorite, la montmorillonite, la bentonite, les silices pyrogénées et leurs mélanges.
  • La suspension huileuse anhydre de polymère P contient avantageusement entre 0,05 et 5,00 % en poids d'agent modificateur de rhéologie, plus avantageusement entre 0,05 et 1,5 %, encore plus avantageusement entre 0,1 et 1,0 % en poids (par rapport au poids de la suspension huileuse anhydre).
  • L'agent émulsifiant est avantageusement choisi parmi les esters de sorbitan, les esters de sorbitan polyéthoxylés, l'alcool oléocétylique diéthoxylé, les polyesters ayant un poids moléculaire moyen compris entre 1000 et 3000 Dalton résultants de la condensation entre un acide poly(isobutényl) succinique ou son anhydride et un polyéthylène glycol, les copolymères blocs de poids moléculaire moyen compris entre 2500 et 3500 Dalton résultant de la condensation entre l'acide hydroxystéarique et un polyéthylène glycol, les amines grasses éthoxylées, les dérivés des di-alcanol amides, les copolymères du méthacrylate de stearyle, et leurs mélanges.
  • La suspension huileuse anhydre de polymère P contient avantageusement entre 0,5 et 5,0 % en poids d'agent émulsifiant, plus avantageusement entre 1,0 et 2,0 % en poids (par rapport au poids de la suspension huileuse anhydre).
  • L'agent inverseur est avantageusement choisi parmi les nonylphénol éthoxylés, ayant de préférence 4 à 10 éthoxylations ; les alcools éthoxy et propoxylés ayant de préférence une éthoxy/propoxylation comprenant entre 12 et 25 atomes de carbone ; les alcools tridécyliques éthoxylés ; les alcool gras éthoxy/propoxylés ; les esters de sorbitan éthoxylés (avantageusement 20 équivalents molaire d'oxyde d'éthylène) ; le laurate de sorbitan polyéthoxylé (avantageusement 20 équivalents molaire d'oxyde d'éthylène) ; l'huile de castor polyéthoxylée (avantageusement 40 équivalents molaire d'oxyde d'éthylène) ; l'alcool oléodécylique décaéthoxylé ; l'alcool laurique heptaoxyéthylé ; le monostéarate de sorbitan polyéthoxylé (avantageusement 20 équivalents molaire d'oxyde d'éthylène) ; les alkyls phénol polyéthoxylés (avantageusement 10 équivalents molaire d'oxyde d'éthylène) cétyl éther ; les polyoxyde d'éthylène alkyl aryl éther ; le N-cétyl-N-éthyl morpholinium éthosulfate ; le lauryl sulfate de sodium ; les produits de condensation d'alcools gras avec l'oxyde d'éthylène (avantageusement 10 équivalents molaire d'oxyde d'éthylène) ; les produits de condensation des alkylphenols et de l'oxyde d'éthylène (avantageusement 12 équivalents molaire d'éthylène oxide) ; les produits de condensation d'amines grasses avec 5 équivalent molaire ou plus d'oxyde d'éthylène ; les tristyryl phénol éthoxylés ; les condensats de l'oxyde d'éthylène avec les alcools polyhydriques partiellement estérifiés avec des chaînes grasses ainsi que leur formes anhydres ; les oxydes d'amine ; les alkyl polyglucosides ; le glucamide ; les esters de phosphate ; les acides alkylbenzene sulfonique et leurs sels ; les polymères hydrosolubles surfactant et leurs mélanges.
  • La suspension huileuse anhydre de polymère P contient avantageusement entre 0,1 et 4,0 % en poids d'agent inverseur, avantageusement entre 0,2 et 2,0 % en poids (par rapport au poids de la suspension huileuse anhydre).
  • Ainsi, la suspension huileuse anhydre de polymère P peut contenir entre 0,05 et 5,0 % en poids d'agent modificateur de rhéologie, entre 0,5 et 5,0 % en poids d'agent émulsifiant et entre 0,1 et 4,0 % en poids d'agent inverseur.
  • L'huile et les éventuels composés additionnels de la suspension huileuse anhydre (agent modificateur de rhéologie, agent émulsifiant et agent inverseur) n'ont pas d'effet sur le développement de la viscosité de la solution aqueuse de polymère. Ces composés n'ont donc pas d'effet sur le facteur F(c). Leur éventuelle présence n'est donc pas néfaste (et pas nécessaire) lors de la mesure du facteur F(C).
  • Le polymère P est introduit dans la suspension fibreuse à raison de 100 à 5000 g.t-1 de matière sèche (fibres cellulosiques + charges).
  • La suspension fibreuse englobe l'utilisation possible de différentes fibres : fibres vierges, fibres recyclées, pâte chimique, pâte mécanique, cellulose micro ou nano fibrillée, avec tous types de charges tel que le TiO2, le CaCO3 (broyée ou précipitée), le kaolin, les charges organiques et leurs mélanges.
  • Le polymère hydrosoluble P peut être utilisé au sein du procédé papetier en combinaison avec d'autres produits tels que les coagulants minéraux ou organiques, les agents de résistance à sec, les agents de résistance humide, les polymères naturels tels que les amidons ou la carboxyméthylcellulose (CMC), les microparticules inorganiques telles que les microparticules de bentonite et les microparticules de silice colloïdale, les polymère organiques de toute nature ionique (cationique, anionique, ou amphotère) et qui peuvent être (sans être limitatif) linéaires, branchés, réticulés, hydrophobes, ou associatifs.
  • Les figures et les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée.
    • Description des figures
    • [Figure 1] La Figure 1 représente des courbes de viscosité en fonction du temps de polymères P de différents facteurs F(c).
    • [Figure 2] La Figure 2 représente une courbe de viscosité en fonction du temps d'un polymère P pour lequel le facteur F(c) est calculé.
    Exemples de réalisation de l'invention Procédures utilisées dans les exemples : a) Types de pâtes utilisées Pâte fibres vierges :
  • La pâte humide est obtenue par désintégration de pâte sèche afin d'obtenir une concentration aqueuse finale de 1 % en poids. Il s'agit d'une pâte à pH neutre composée, en poids, à 90 % de fibres longues vierges blanchies, 10 % de fibres courtes vierges blanchies, et de 30 % de GCC (carbonate de calcium broyé) additionnels (Hydrocal® 55 de chez Omya) par rapport au poids des fibres.
    • Pâte fibres recyclées :
  • La pâte humide est obtenue par désintégration de pâte sèche afin d'obtenir une concentration aqueuse finale de 1 % en poids. Il s'agit d'une pâte à pH neutre composée à 100 % de fibres de cartons recyclées.
    • b) Evaluation de la rétention totale et de la rétention de charges
  • Les différents résultats sont obtenus grâce à l'utilisation d'un récipient de type « Britt Jar », avec une vitesse d'agitation de 1000 tours par minute.
  • La séquence d'ajout des différents agents de rétention est la suivante :
    • T=0 s : Mise en agitation de 500 mL de pâte à 0,5 % en poids
    • T=10 s : Ajout optionnel de l'agent X
    • T=20 s : Ajout de l'agent de rétention
    • T=30 s : Elimination des 20 premiers mL correspondant au volume mort sous la toile, puis récupération de 100 mL d'eaux blanches
  • La rétention première passe en pourcentage (%FPR pour « First Pass Rétention »), correspondant à la rétention totale est calculée selon la formule suivante : % FPR = C HB − C WW / C HB * 100
    Figure imgb0002
  • La rétention première passe des cendres en pourcentage (%FPAR pour « First Pass Ash Rétention ») est calculée selon la formule suivante : % FPAR = A HB − A WW / A HB * 100
    Figure imgb0003
     avec :
    • CHB : Consistance de la caisse de tête
    • CWW : Consistance des eaux blanches
    • AHB : Consistance des cendres de la caisse de tête
    • AWW : Consistance des cendres des eaux blanches
    c) Evaluation des performances d'égouttage gravitaire grâce au « Canadian Standard Freeness » (CSF)
  • Dans un bécher, on traite la pâte, soumise à une vitesse d'agitation de 1000 tours par minute.
  • La séquence d'ajout des différents agents de rétention est la suivante :
    • T=0 s : Mise en agitation de 500 mL de pâte à 0,6 % en poids
    • T=10 s : Ajout optionnel de l'agent X
    • T=20 s : Ajout de l'agent de rétention
    • T=30 s : Arrêt de l'agitation et ajout de la quantité d'eau nécessaire pour obtenir 1 litre.
  • On transfère ce litre de pâte dans le « Canadian Standard Freeness Tester » et on applique la procédure TAPPI T227om-99.
  • Le volume, exprimé en mL, récupéré par la tubulure latérale donne une mesure d'égouttage gravitaire. Plus cette valeur est élevée, meilleur est l'égouttage gravitaire.
  • On peut également exprimer cette performance en calculant le pourcentage d'amélioration par rapport au blanc (% CSF).
    • d) Evaluation des performances d'égouttage (DDA)
  • Le DDA (« Dynamic Drainage Analyzer ») permet de déterminer, de manière automatique, le temps (en secondes) nécessaire pour égoutter sous vide une suspension fibreuse. Les polymères sont ajoutés à la pâte humide (0,6 litre de pâte à 1,0 % en poids) dans le cylindre du DDA sous agitation à 1000 tours par minute :
    • T=0 s : mise en agitation de la pâte
    • T=10 s : ajout optionnel de l'agent X
    • T=20 s : Ajout de l'agent de rétention
    • T=30 s : arrêt de l'agitation et égouttage sous vide à 200 mbar (1 bar = 105 Pa) pendant 70 s.
  • La pression sous la toile est enregistrée en fonction du temps. Lorsque toute l'eau est évacuée du matelas fibreux, l'air passe à travers celui-ci faisant apparaitre une rupture de pente sur la courbe représentant la pression sous toile en fonction du temps. Le temps, exprimé en secondes, relevé à cette rupture de pente correspond au temps d'égouttage. Plus le temps est faible, meilleur est donc l'égouttage sous vide.
    • e) Performances en application DSR (résistance à sec), grammage à 90 g.m -2
  • La quantité nécessaire de pâte est prélevée de manière à obtenir au final une feuille présentant un grammage de 90 g.m-2.
  • La pâte humide est introduite dans le cuvier de la formette dynamique et est maintenue sous agitation. On injecte à cette pâte les différents composants du système selon la séquence prédéfinie. On respecte généralement un temps de contact de 30 à 45 secondes entre chaque ajout de polymère.
  • Des formettes de papier sont réalisées avec une formette dynamique automatique : un buvard et la toile de formation sont placés dans le bol de la formette dynamique avant de démarrer la rotation du bol à 1000 tr.min-1 et de construire le mur d'eau. La pâte traitée est répartie sur le mur d'eau pour former le matelas fibreux sur la toile de formation.
  • Une fois que l'eau est drainée, le matelas fibreux est récupéré, pressé sous une presse délivrant 4 bar, puis séché à 117°C. La feuille obtenue est conditionnée pendant une nuit dans une pièce à humidité et température contrôlées (50 % d'humidité relative et 23°C). Les propriétés de résistance à sec de toutes les feuilles obtenues par cette procédure sont alors mesurées.
  • L'éclatement est mesuré avec un éclatomètre Messmer Buchel M 405 selon la norme TAPPI T403 om-02. Le résultat est exprimé en kPa. On détermine l'indice d'éclatement, exprimé en kPa.m2/g, en divisant cette valeur par le grammage de la feuille testée.
  • La longueur de rupture à l'état sec est mesurée dans le sens machine avec un appareil de traction Testometric AX selon la norme TAPPI T494 om-01. Le résultat est exprimé en km.
    • f) Mesure viscosité au cours du temps avec HAAKE IQ Air
  • Le Haake Viscosimètre IQ Air est un viscosimètre fonctionnant sur la base d'un moteur à pallier à air entrainant une géométrie permettant des tests à cisaillement contrôlé ou à contrainte de cisaillement contrôlée. Cet appareil permet avec un module de type hélice de mesurer la viscosité déployée par le polymère lors de sa mise en solution dans le temps. Pour la mesure, la solution de polymère est directement préparée dans le porte-échantillon. A la fin de la mesure, les données sont sauvegardées et mises en forme via un graphique de viscosité = f (temps).
    • Produits testés dans les exemples :
  • Dans la liste suivante, les produits de type A sont anioniques et les produits de type C sont cationiques. Les produits de type X sont des produits de haute densité de charges qui peuvent chacun être utilisés, par exemple, comme coagulant. Le produit Xi est de nature inorganique, alors que le produit X2 est organique.
  • Polymère A1 : Polymère hydrosoluble composé de 30 mol% d'acrylate de sodium et de 70 mol% d'acrylamide sous forme d'une émulsion inverse, cette émulsion comprenant 29 % de A1, 30 % d'eau, et 30 % en poids d'huile. A1 a un poids moléculaire moyen de 20 millions de Dalton (viscosité Brookfield de 8,16 cps (applicable pour tous les polymères ci-dessous : module UL, 0,1 %, NaCl 1M, 60 tr.min-1, 23°C)).
  • Polymère A2 : Polymère hydrosoluble composé de 30 mol% d'acrylate de sodium et de 70 mol% d'acrylamide sous forme suspension huileuse (émulsion inverse distillée). Cette suspension contient 50 % en poids de A2, 40 % en poids d'huile, 5 % d'eau. A2 a un poids moléculaire moyen de 18 millions de Dalton (viscosité Brookfield de 7,76 cps).
  • Polymère A3 : Polymère hydrosoluble composé de 30 mol% d'acrylate de sodium et de 70 mol% d'acrylamide sous forme de poudre. As a un poids moléculaire moyen de 18 millions de Dalton (viscosité Brookfield 7,71 cps).
  • Polymère A4 : Polymère hydrosoluble composé de 30 mol% d'acrylate de sodium et de 70 mol% d'acrylamide sous forme de poudre. A4 a un poids moléculaire moyen de 5 millions de Dalton (viscosité Brookfield 2,21 cps).
  • Polymère A5 (invention) : Polymère hydrosoluble composé de 30 mol% d'acrylate de sodium et de 70 mol% d'acrylamide sous forme de suspension huileuse anhydre. Les taille moyenne des particules de polymère est comprise entre 1 et moins de 300 µm. La suspension huileuse contient 55,5 % en poids de polymère A5, 37,5 % en poids d'huile, 4,5 % en poids de bentonite, 2 % en poids de monooléate de sorbitan, et 0,5 % en poids d'alcool C13 oxo éthoxylé, A5 a un poids moléculaire moyen de 18 millions de Dalton (viscosité Brookfield 7,71 cps).
  • Polymère A6 (invention) : Polymère hydrosoluble composé de 30 mol% d'acrylate de sodium et de 70 mol% d'acrylamide sous forme de suspension huileuse anhydre. Les taille moyenne des particules de polymère est comprise entre 1 et moins de 300 µm. La suspension huileuse contient 52,5 % en poids de polymère A6, 40,5 % en poids d'huile, 4,5 % en poids de bentonite, 2 % en poids de monooléate de sorbitan, et 0,5 % en poids d'alcool C13 oxo éthoxylé, A6 a un poids moléculaire moyen de 5 millions de Dalton (viscosité Brookfield 2,21 cps).
  • Polymère C1 : Polymère hydrosoluble composé de 15 mol% d'acrylate de diméthylaminoéthyle (ADAME) chlorométhylé et de 85 mol% d'acrylamide sous forme d'une émulsion inverse, cette émulsion contenant 35 % de C1, 30 % d'eau, et 30 % en poids d'huile. C1 a un poids moléculaire moyen de 8 millions de Dalton (viscosité Brookfield de 4,86 cps).
  • Polymère C2 : Polymère hydrosoluble composé de 15 mol% d'acrylate de diméthylaminoéthyle (ADAME) chlorométhylé et de 85 mol% d'acrylamide sous forme suspension huileuse (émulsion inverse distillée). Cette suspension contient 50 % en poids de C2, 40 % en poids d'huile, et 5 % d'eau. C2 a un poids moléculaire moyen de 8 millions de Dalton (viscosité Brookfield de 4,96 cps).
  • Polymère C3 : Polymère hydrosoluble composé de 15 mol% d'acrylate de diméthylaminoéthyle (ADAME) chlorométhylé et de 85 mol% d'acrylamide sous forme de poudre. C3 a un poids moléculaire moyen de 9 millions de Dalton (viscosité Brookfield 4,96 cps).
  • Polymère C4 (invention) : Polymère hydrosoluble composé de 15 mol% d'acrylate de diméthylaminoéthyle (ADAME) chlorométhylé et de 85 mol% d'acrylamide sous forme de suspension huileuse anhydre. La taille moyenne des particules de polymère est comprise entre 1 et moins de 300 µm. La suspension huileuse contient 52,5 % en poids de polymère C4, 40,5 % en poids d'huile, 4,5 % en poids de bentonite, 2 % en poids de mono oléate de sorbitan, et 0,5 % en poids d'alcool C13 oxo éthoxylé. C4 a un poids moléculaire moyen de 8 millions de Dalton (viscosité Brookfield 4,96 cps).
  • Produit Xi : Polychlorure d'aluminium contenant 18 % en poids d'alumine (Al2O3).
  • Produit X2 : Produit cationique présentant une densité de charge cationique de 5,5 meq/g, issu de la réaction de Hofmann sur un polyacrylamide.
    • Facteurs F(c) des polymères An et Cn à différences concentrations C (en % en poids)
  • Figure imgb0004
    Figure imgb0005
    Figure imgb0006
  • La Figure 1 représente les courbes de viscosité en fonction du temps pour les polymères A1, A2 et A3 et A5 pour une concentration en polymère de 0,3 % en poids dans l'eau.
  • La Figure 2 représente la courbe de viscosité en fonction du temps pour le polymère As et détaille la méthode de calcul du facteur F(c).
  • Seuls les polymères A5, A6 et C4 ont des facteurs F(c) supérieurs à 4. Ce sont les seuls à avoir atteint une viscosité maximale au terme de 600 s.
    • Essais applicatifs
  • Pour tous les essais suivants, les solutions de polymères sont préparées à la concentration souhaitée (0,1 %, 0,3 %, ou 0,5 % en poids). Au terme de 2 minutes de préparation, les solutions de polymères sont filtrées à travers un filtre calibré à 300 µm. Si le filtre est recouvert de particules de polymère, le test applicatif n'est pas réalisé (NA : Non Applicable). Les filtrats sont directement utilisés pour les essais applicatifs.
    • Performances CSF, rétention et rétention de charges
  • Figure imgb0007
    • Performances DDA et résistances mécaniques
  • Figure imgb0008
  • Pour tous les essais applicatifs, les meilleures performances sont obtenues avec les polymères A5, A6 et C4 qui ont des facteurs F(c) supérieurs à 4. Ils montrent l'importance de la forme du polymère (suspension huileuse anhydre) préalablement à sa mise en solution et du facteur F(c) afin d'améliorer les propriétés d'égouttage, de rétention et les propriétés mécaniques de la feuille de papier ou de carton.

Claims (13)

  1. Procédé de fabrication d'une feuille de papier ou de carton, comprenant l'ajout d'un polymère hydrosoluble P de poids moléculaire moyen en poids supérieur à 750 000 Dalton à une suspension fibreuse à raison de 100 à 5000 g.t-1 de matière sèche, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes :
    - Préparer une solution aqueuse A contenant au moins un polymère hydrosoluble P à une concentration C comprise entre 0,1 et 0,5 % en poids, ledit polymère P ayant un facteur F(C) strictement supérieur à 4, avec F(C) = Δ600/C, Δ600 étant la pente pour atteindre 90 % de la viscosité développée par la solution aqueuse A à 600 secondes à 25°C, obtenue à partir de la courbe de viscosité de la solution aqueuse A en fonction du temps, à la concentration donnée C, à 25°C,
    le polymère P étant, préalablement à la formation de la solution aqueuse A, sous forme d'une suspension huileuse anhydre contenant entre 20 et 60 % en poids de polymère P sous forme de particules de diamètre moyen en nombre compris entre 0,1 µm et moins de 300 µm,
    la viscosité de la solution A au cours du temps étant déterminée à 25°C à l'aide d'un viscosimètre équipé d'une géométrie hélicoïdale,
    - Ajouter la solution aqueuse A à la suspension fibreuse, en un ou plusieurs points d'injection,
    - Former une feuille de papier ou de carton.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polymère P est un polymère d'au moins un monomère monoéthyléniquement insaturé hydrosoluble choisi parmi :
    - au moins un monomère non ionique choisi dans le groupe comprenant l'acrylamide, le méthacrylamide, les N-alkylacrylamides, les N-alkylméthacrylamides, les N,N-dialkyl acrylamides, les N,N-dialkylméthacrylamides, les esters alkoxylés de l'acide acrylique, les esters alkoxylés de l'acide méthacrylique, la N-vinylpyridine, la N-vinylpyrrolidone, les hydroxyalkylacrylates et les hydroxyalkyl méthacrylates, de préférence l'acrylamide,
    - au moins un monomère anionique choisi dans le groupe comprenant les monomères possédant une fonction carboxylique et leurs sels dont l'acide acrylique, l'acide méthacrylique, l'acide itaconique, l'acide maléique ; les monomères possédant une fonction acide sulfonique et leurs sels, dont l'acide acrylamido tertio butyl sulfonique (ATBS), l'acide allyl sulfonique et l'acide méthallyl sulfonique, et leurs sels alcalins ou alcalino-terreux, et les monomères ayant une fonction acide phosphonique et leurs sels,
    - au moins un monomère cationique choisi dans le groupe comprenant l'acrylate de diméthylaminoéthyle (ADAME) quaternisé ou salifié ; le méthacrylate de diméthylaminoéthyle (MADAME) quaternisé ou salifié, le chlorure de diallyldiméthylammonium (DADMAC), le chlorure d'acrylamidopropyltriméthylammonium (APTAC), et le chlorure de méthacrylamidopropyltriméthylammonium (MAPTAC),
    - au moins un monomère zwitterionique choisi dans le groupe comprenant les monomères sulfobétaïnes comme le sulfopropyl diméthylammonium éthyl méthacrylate, le sulfopropyl diméthylammonium propylméthacrylamide, et le sulfopropyl 2-vinylpyridinium ; les monomères phosphobétaïnes, comme le phosphate éthyl triméthylammonium éthyl méthacrylate, et les monomères carboxybétaïnes.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la suspension huileuse anhydre de polymère P comprend entre 30 et 55 % en poids de polymère hydrosoluble P.
  4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la suspension huileuse anhydre de polymère P contient entre 0,05 et 5,0 % en poids d'un agent modificateur de rhéologie.
  5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la suspension huileuse anhydre de polymère P contient entre 0,05 et 5,0 % en poids d'un agent modificateur de rhéologie choisi parmi l'hydroxyéthylcellulose, l'attapulgite, la laponite, l'hectorite, la montmorillonite, la bentonite, les silices pyrogénées et leurs mélanges.
  6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la suspension huileuse anhydre de polymère P contient entre 0,5 et 5,0 % en poids d'un agent émulsifiant.
  7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la suspension huileuse anhydre de polymère P contient entre 0,5 et 5,0 % en poids d'un agent émulsifiant choisi parmi les esters de sorbitan, les esters de sorbitan polyéthoxylés, l'alcool oléocétylique diéthoxylé, les polyesters ayant un poids moléculaire moyen compris entre 1000 et 3000 Dalton résultants de la condensation entre un acide poly(isobutényl) succinique ou son anhydride et un polyéthylène glycol, les copolymères blocs de poids moléculaire moyen compris entre 2500 et 3500 Dalton résultant de la condensation entre l'acide hydroxystéarique et un polyéthylène glycol, les amines grasses éthoxylées, les dérivés des di-alcanol amides, les copolymères du méthacrylate de stearyle, et leurs mélanges.
  8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la suspension huileuse anhydre de polymère P contient entre 0,1 et 4,0 % en poids d'un agent inverseur.
  9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la suspension huileuse anhydre de polymère P contient entre 0,1 et 4,0 % en poids d'un agent inverseur choisi parmi les nonylphénol éthoxylés ; les alcools éthoxy et propoxylés ; les alcools tridécyliques éthoxylés ; les alcool gras éthoxy/propoxylés ; les esters de sorbitan éthoxylés ; le laurate de sorbitan polyéthoxylé ; l'huile de castor polyéthoxylée ; l'alcool oléodécylique décaéthoxylé ; l'alcool laurique heptaoxyéthylé ; le monostéarate de sorbitan polyéthoxylé ; les alkyls phénol polyéthoxylés cétyl éther ; les polyoxyde d'éthylène alkyl aryl éther ; le N-cétyl-N-éthyl morpholinium éthosulfate ; le lauryl sulfate de sodium ; les produits de condensation d'alcools gras avec l'oxyde d'éthylène ; les produits de condensation des alkylphenols et de l'oxyde d'éthylène ; les produits de condensation d'amines grasses avec 5 équivalent molaire ou plus d'oxyde d'éthylène ; les tristyryl phénol éthoxylés ; les condensats de l'oxyde d'éthylène avec les alcools polyhydriques partiellement estérifiés avec des chaines grasses ainsi que leur formes anhydres ; les oxydes d'amine ; les alkyl polyglucosides ; le glucamide ; les esters de phosphate ; les acides alkylbenzene sulfonique et leurs sels ; les polymères hydrosolubles surfactant et leurs mélanges.
  10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le polymère P est linéaire ou structuré.
  11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le polymère P de la suspension huileuse anhydre est sous forme de particules de diamètre moyen compris entre 1 µm et moins de 300 µm.
  12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'huile de la suspension huileuse anhydre de polymère P est choisie parmi les huiles minérales et/ou les huiles synthétiques.
  13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'huile représente 40 à 80 % en poids de la suspension huileuse anhydre de polymère P.
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