OA22104A - Pâte à papier, papier et carton obtenus à partir de la paille de riz, produits dérivés et procédé d'obtention. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé de fabrication de papier et de carton à partir de paille, de riz, selon un procédé comprenant plusieurs opérations à savoir la collecte et la découpe, le trempage, la cuisson, le refroidissement et le rinçage, le broyage, le tamisage, le pressage le séchage et l'assemblage. Le papier et le carton ainsi obtenu sont utilisés directement pour impression ou sont façonnés selon des techniques de coupes et d'assemblage pour donner des emballages.

Description

DESCRIPTION DE L'INVENTION

Pâte à papier, papier et carton obtenus à partir de la paille de riz, produits dérivés et procédé d’obtention

La présente invention concerne un procédé de fabrication de papier et de carton à partir de déchets agricoles issus du traitement des cultures céréalières, en particulier à partir de paille de riz, ainsi que l'utilisation de ces produits pour diverses applications, telles que les emballages.

L'invention englobe également des méthodes de fabrication spécifiques pour divers types de carton, y compris les cartons ondulés.

Le papier tout comme le carton ou papier épais et rigide est un matériau en feuilles minces fabriqué à partir de fibres végétales. Il est utilisé comme un support d'écriture et de dessin, et comme emballage. L'industrie papetière est une industrie de process, transformant différentes matières premières comme le bois et les vieux papiers en pâte à papier, en papiers et cartons qui trouvent leur utilisation dans de nombreux secteurs de l'économie : édition, presse, agroalimentaire, santé et autres.

En raison du développement de l'industrie, le rôle des matériaux d'emballage et les exigences pour ceux-ci dans les conditions actuelles augmentent constamment. Les matériaux d'emballage jetables actuellement utilisés sont principalement constitués de plastique (par exemple du polystyrène) et/ou des matériaux similaires qui contiennent des ingrédients qui sont préjudiciables à l'activité humaine. En effet, ces matériaux ne sont pas biodégradables, ils sont en conséquence la source primaire de pollution environnementale due aux problèmes d'élimination des déchets contre l'arrière-plan d'utilisation tout-à-temps.

Le papier est biodégradable, cependant, l’industrie de la pâte à papier et du papier est l’un des plus grands pollueurs de l’environnement au monde. Aux États-Unis par exemple, cette industrie est responsable de 20 % de tous les rejets industriels de déchets toxiques dans l'air. En effet, lors de la production de papier, différents gaz toxiques sont émis par les usines. Ces gaz sont l’ammoniac, le monoxyde de carbone, l'oxyde d’azote, les nitrates, le mercure, le benzène, le méthanol, les composés organiques volatils et le chloroforme ; autant de gaz qui provoquent généralement des pluies acides qui ont des effets dangereux sur l’environnement : impact direct sur l’eau douce, les forêts, les sols et la production des cultures. De plus, l'utilisation du bois comme matière première de l’industrie papetière engendre d’autres effets environnementaux néfastes importants, notamment la déforestation et l'utilisation de produits chimiques très nocifs pour l’environnement.

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En conséquence, les entreprises de fabrication de papier sont actuellement confrontées à des difficultés de contrôle de la pollution et à des restrictions d'optimisation et d'ajustement des politiques nationales de ladite industrie, ce qui peut entraîner la récession de nombreuses de ces entreprises de pâte et de papier. De plus, ces entreprises de fabrication d’emballages en papier et/ou en carton utilisant le bois sont confrontées à des problèmes en termes de pénurie de matières premières et de coût de fabrication de plus en plus difficile à amortir.

Aussi se pose-t-il la problématique de la nécessaire interdiction ou de la réduction considérable de l'utilisation de tels emballages et le recours à des matériaux ou matières premières facilement dégradables comme alternatifs pour protéger l'environnement.

A cet effet, une alternative pour la matière première et la sauvegarde de l’environnement est l’utilisation de déchets végétaux, au nombre desquels, la paille de riz. En effet, la production annuelle mondiale de riz (Oiyzae sativa) en 2021 s'élevait à 787,3 millions de tonnes de tonnes de riz paddy. En admettant la correspondance suivante : 1 tonne de riz pour 1 tonne de pailles, ce sont donc approximativement 787,3 millions de tonnes de pailles de riz qui sont produites chaque année et brûlées en général. Or lors de la combustion à haute température des pailles, une grande quantité d’eau dans le sol s’évapore. Le brûlage de la paille entraîne aussi le dessèchement et la déshydratation des rizières, la perte de nutriments, ainsi que la pollution de l'air en émettant des gaz toxiques comme le dioxyde de carbone (C0₂), le monoxyde de carbone (CO), le méthane (CH₄), le dioxyde d’azote (N0₂) et le dioxyde de soufre (S0₂).

En Côte d'ivoire, la production de paddy était de 1,7 million de tonnes en 2022, soit également 1,7 millions de tonnes de pailles qui sont brûlées ou laissées dégradées.

Pour la valorisation des déchets végétaux, la demande de brevet FR782378A, décrit un procédé de fabrication à partir de graminées, telles que différentes sortes de pailles et matières fibreuses analogues, d'une hémicellulose destinée à être transformée en papier, carton, ou autres en faisant bouillir pendant 4 à 6 heures la paille brute hachée avec 10% de chaux (CaO) sous une pression de 4 à 6 atm. Cependant, l’hémicellulose de paille obtenue par ce procédé de bouillissage à la chaux présente de nombreux inconvénients qui ne lui donnent que des applications restreintes. Ces inconvénients sont d'abord le faible rendement qui, dans le cas le plus favorable, est d'environ 70 % de la paille brute employée. En outre, le produit lui-même est de qualité médiocre, car la grande quantité de chaux ajoutée augmente sensiblement la teneur en cendres du papier ou du carton fabriqué avec cette pâte ; il en résulte que le produit est très cassant avec une faible résistance aux déchirures et aux crevaisons.

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Afin de surmonter tes lacunes de l'état de la technique, la présente invention fournit un nouveau procédé de production pour résoudre les difficultés de pollution de l'environnement, économiser les ressources végétales, réduire les coûts de production, augmenter le rendement à la production, et donner du papier résistant aux cassures.

A cet effet, l'invention propose un procédé écologique et durable pour la fabrication de papier et de carton, ou produits similaires utilisant la paille de riz, résidus de produit agricole, comprenant les étapes suivantes :

- la collecte et la découpe ou non de la paille de riz en morceaux mesurant au maximum 5 cm de longueur ;

- le nettoyage et le trempage des morceaux de paille dans l'eau pendant 24 h environ pour ramollir lesdits moreaux ;

- la cuisson de la paille ou des morceaux de paille trempés afin de ramollir davantage lesdits morceaux ou ladite paille, dans une solution sélectionnée parmi une solution de gros sel, de bicarbonate de soude alimentaire et de vinaigre blanc, d'hydroxyde de sodium (NaOH) ou une solution de cendre à des concentrations variant de 5 à 10% (m/v) à raison de 1L de solution pour 0,5 à 1 kg de paille, pendant une durée de 4 à 6 heures selon le cas ;

- le refroidissement et le rinçage des morceaux de paille cuite pour éliminer la lignine et les traces de produits chimiques utilisés ;

- le broyage de la paille brute ou des morceaux de pailles cuites pour obtenir selon le cas une poudre ou une pulpe encore appelée boue qui selon le besoin est additionnée de liant et d'autres fibres végétales, dans l'ordre de 3 à 5%, et des fois à au moins 10% ;

- le tamisage, le pressage et le séchage de la pulpe obtenue après broyage ou après mélange de la poudre de paille à l’eau pour obtenir des couches plus ou moins épaisses de pâte ou feuilles qui sont débarrassées totalement de leur contenu en eau et étalées sur un support solide pour donner du papier sec ;

- la formation et l’assemblage des couches de papier lisses et/ou ondulées pour donner au besoin des feuilles plus épaisses ou carton.

Le papier et le carton ainsi obtenus sont utilisés directement pour impression ou sont façonnés selon des techniques de coupes et d’assemblage pour donner des emballages.

Avantageusement, l'invention offre une alternative au papier et carton obtenus à partir du bois en réduisant l'impact environnemental conformément aux objectifs du développement durable ou

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ODD. L'invention permet la valorisation de la paille de riz comme déchets agricole et offre des gains additionnels aux riziculteurs. En outre, l'invention offre l’avantage de préserver les forêts et l’environnement en évitant l'abattage du bois.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description détaillée qui suit en référence au diagramme annexé, représentant à titre d'exemple des modes de réalisation ou d’exécution non limitatifs, ainsi que des formes d’utilisation des produits obtenus.

Selon les modes de réalisation préférés, la pâte à papier, le papier ou carton et produits dérivés objet de la présente invention sont produits ou fabriqués soit par un procédé artisanal, soit par un procédé semi-industriel, soit par un procédé industriel. Ces procédés comprennent les opérations suivantes :

- collecte et découpe : cette étape n’est pas nécessaire pour le procédé industriel. Les pailles de riz sélectionnées après récolte du riz sont découpées en des morceaux ayant 5 cm de longueur maximum. Selon un mode de réalisation préféré, cette découpe peut se faire à l'aide d'un couteau approprié ou d'une hacheuse mécanique ou électrique ou de tout autre outil approprié selon le procédé, artisanal ou semi-industriel ;

- nettoyage et trempage : cette opération intervient suite à la découpe dans les procédés artisanal et semi-industriel. Les morceaux de paille débarrassés des impuretés sont trempés dans de l'eau afin de les ramollir. Selon un mode de réalisation préférée, cette opération se fait à l'aide de grande bassines remplies d’eau potable et peut durer jusqu'à 24 heures ;

- cuisson : cette étape se fait après le trempage pour les procédés artisanal et semi-industriel, l'objectif étant de ramollir davantage les morceaux de fibres de pailles de riz. L’opération se déroule dans une solution sélectionnée parmi une solution de gros sel, de bicarbonate de soude alimentaire et de vinaigre blanc, d'hydroxyde de sodium (NaOH) ou une solution de cendre à des concentrations allant de 5 à 10% (m/v), à raison de 1L de solution pour 0,5 à 1 kg de paille. Selon un mode particulier de réalisation, dans le procédé artisanal, la cuisson se réalise avec des marmites en acier inoxydable, dans une solution de gros sel, de bicarbonate de soude alimentaire et de vinaigre blanc, ou dans une solution d'hydroxyde de sodium (NaOH) pendant 2 heures, ou encore dans une solution de cendre pendant 4 à 5 heures.

Selon un mode particulier de réalisation du procédé industriel, la cuisson de la poudre de paille a lieu juste après le broyage et sous haute pression, dans une solution diluée de soude (NaOH) ou de vinaigre blanc. Par la suite, la poudre de paille cuite et ramollie est mélangée à l'eau puis

[5] additionner d’autres fibres ou de coton. Le mélange ensuite broyé à nouveau, puis la pâte obtenue est mélangée avec de l'eau ;

- refroidissement et rinçage : cette opération ne concerne que les procédé artisanal et semiindustriel. Elle consiste à débarrasser la paille cuite de la lignine et des traces de produits chimiques utilisés en amont. Dans un mode de réalisation particulier, les morceaux de pailles cuites sont trempés dans des bassines d'eau puis retirées par la suite ;

- broyage : cette opération consiste à réduire les pailles en pâte ou en poudre. Elle intervient après le trempage et la cuisson pour les procédés artisanal et semi-industriel pour donner une pâte ou une pulpe. Pour le procédé industriel, elle se fait à sec, directement après la sélection ou la collecte de la paille pour donner une poudre. Dans un mode particulier de réalisation, le broyage peut se faire à l’aide d'une broyeuse électrique de capacité variable selon le procédé ou avec une machine de dépulpage pour obtenir une pulpe de type boue.

Selon un mode préféré de réalisation, dans le procédé semi-industriel, la pâte obtenue est renforcée avec d’autres fibres végétales, dans l’ordre de 3 à 5% et additionnée de colle. Le mélange obtenu est malaxé et broyé à nouveau dans une pile hollandaise. Dans le procédé artisanal, la pâte de type boue obtenue après broyage est additionnée d'amidon ou de tout autre produit similaire afin de rendre le papier éventuel résistant à l'eau.

Quel que soit le procédé, artisanal, semi-industriel ou industriel, la pâte à papier obtenue à partir de la paille de riz peut être est mélangée avec un taux plus relevé de papier recyclé ou autres fibres jusqu’à un taux de 10 % pour donner du carton. Ledit carton est ondulé en introduisant la pâte dans une machine appelée « onduleur » ou « corrugateur » ;

-Tamisage pressage et séchage : selon un mode préféré de réalisation du procédé artisanal, la pulpe obtenue est mélangée avec de l'eau dans un bocal, puis versée sur un tamis ou une toile pour éliminer l’eau, le refus recueilli et encore humide est étalé sur une planche, puis séché au soleil pour donner une feuille de papier qui est lissé au besoin à l'aide d’une machine de lissage.

Selon un mode de réalisation du procédé semi-industriel, la pâte est versée dans une cuve contenant un tamis de grande taille, puis agitée pour éliminer l’eau. Le refus forme alors des couches en forme de feuilles qui sont ensuite décollées par retournement sur un support choisi parmi un feutre ou un tissu. Les feuilles contenant encore de l’eau sont pressées pour être totalement déshydratées. Elles sont ensuite séchées sur des cintres, puis lissées sous presse pour donner des feuilles de papier lisses.

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Selon un mode de réalisation du procédé industriel, l'élimination de l’eau se fait par projection de la pâte très humide sur une toile en mouvement, permettant ainsi d'extraire l’eau de la pâte par filtration et succion afin de former les feuilles de papier sur le support de projection. Lesdites feuilles encore humides sont pressées pour éliminer l'eau résiduelle avant d'être séchées à l’aide de 5 cylindres chauffés à la vapeur. Enfin, les feuilles obtenues sont lissées avec des rouleaux chauffés ou calandres pour donner des feuilles de papiers ;

• assemblage des couches de papier : les couches de papiers sont accolées pour donner une couche plus épaisse selon l'utilisation à laquelle le papier est destiné. Une couche ondulée peut être intercalée entre deux couches lisses et épaisses qui sont ensuite séchées et fixées pour former îo le carton ondulé.

Le papier ou carton, ondulé ou nom ainsi obtenu peut être utilisé pour fabriquer des sacs d'emballage et être coloré avec des pigments naturels comme le calcaire ou le kaolin.

Claims (8)

1- Fabrication de papier et carton caractérisée par ce que ledit papier et ledit carton sont obtenus à partir de la paille de riz et d’autres additifs à l'issue de plusieurs opérations comprenant la collecte et la découpe, le trempage, la cuisson, le refroidissement et le rinçage, le broyage, le tamisage, le pressage le séchage et l'assemblage, et par ce que ledit papier et ledit carton sont façonnés pour être utilisés pour diverses applications, telles que les emballages,

2- Obtention de papier et de carton selon la revendication 1, caractérisée en ce que la collecte et la découpe consiste à assembler de la paille de riz et à les maintenir en l’état ou à les découper en morceaux de 5 cm de longueur maximum.

3- Obtention de papier et de carton selon la revendication 1, caractérisée en ce que le nettoyage et le trempage consistent à maintenir les morceaux de paille dans l'eau pendant environ 24 heures afin de les ramollir.

4- Obtention de papier et de carton selon la revendication 1, caractérisée en ce que la cuisson consiste à faire bouillir les morceaux de paille dans une solution sélectionnée parmi une solution de gros sel, de bicarbonate de soude alimentaire et de vinaigre blanc, d'hydroxyde de sodium (NaOH) ou une solution de cendre, à des concentrations variant de 5 à 10% (m/v), à raison de 1L de solution pour 0,5 à 1 kg de paille, pendant une durée de 4 à 6 heures ;

5- Obtention de papier et de carton selon la revendication 1, caractérisée en ce que le refroidissement et le rinçage consistent à laisser au repos les moreaux de pailles cuites jusqu'à la température ambiante et de les faire baigner dans de l’eau et les retirer afin d’éliminer la lignine et les traces de produits chimiques utilisés.

6- Obtention de papier et de carton selon la revendication 1, caractérisée en ce que le broyage consiste à réduire la paille de riz brut en poudre ou les morceaux de paille de riz cuits en pulpe ou boue, et selon le besoin à ajouter à la pâte obtenue des additifs tels qu’un liant et d’autres fibres végétales ou papier recyclé, à un taux de l’ordre de 3 à 5%, et des fois à au moins 10% ;

7- Obtention de papier et de carton selon la revendication 1, caractérisée en ce que le tamisage, pressage et séchage consistent à éliminer totalement l’eau de la pulpe obtenue après broyage ou après mélange de la poudre de paille à l’eau pour donner des couches plus ou moins épaisses ou feuilles de papier.

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8- Obtention de papier et de carton selon la revendication 1, caractérisée en ce que l’assemblage consiste à superposer les couches de papier ondulées et/ou lisses pour donner au besoin une couche plus épaisse ou carton.