Procédé de blanchiment de pâtes

Description

[0001] La présente invention concerne le blanchiment à l'aide de peroxyde d'hydrogène de pâtes mécaniques, thermomécaniques, chimicomécaniques, chimicothermomécaniques dans le domaine papetier et connexe.

[0002] Ces pâtes sont désignées dans tout ce qui suit par l'expression pâtes d'origine mécanique.

[0003] Elles sont obtenues dans l'industrie, le plus souvent à partir de bois généralement sous forme de copeaux, par défibrage mécanique de la matière lignocellulosique, par exemple dans un défibreur à meule ou un défibreur ou raffineur à disques, associé ou non, selon la pâte visée, à un traitement préalable à l'aide de vapeur d'eau et/ou d'un réactif chimique comme le sulfite de sodium.

[0004] Le rendement en matière sèche d'une telle opération est toujours très élevé et peut atteindre et même dépasser 90 %.

[0005] Les pâtes d'origine mécaniques, dénommées encore pâtes à haut rendement doivent être blanchies efficacement et avec une perte minimale de matière pour que la fabrication des produits qui en dérivent puisse répondre aux exigences de qualité et d'économie dans l'industrie.

[0006] Il est connu par l'article de T.-Å. Hägglund et al., Tappi Journal, vol. 68, Octobre 1985, pp. 82-86, de réaliser le blanchiment des pâtes d'origine mécanique à l'aide d' un agent oxydant comme le peroxyde d'hydrogène en milieu alcalin, des métaux transitoires étant éliminés avant le blanchiment par traitement de la pâte à l'aide d'un agent complexant, suivi d'un lavage.

[0007] Il est communément admis que la température optimale de réalisation d'un tel blanchiment traditionnel au moyen de peroxyde d' hydrogène est de 60°C-70°C comme l'indiquent par exemple C.W. DENCE et S. OMORI, Tappi Journal, Octobre 1986, pp.120--125, et le brevet français FR-A- 2371544. Un blanchiment efficace est impossible a réaliser à 100°C et au-delà.

[0008] Au-dessus de 100°C, l'effet de blanchiment peut même être annulé à cause à la fois de la décomposition extrêmement rapide du peroxyde d' hydrogène et de l'effet néfaste spécifique de la vapeur d'eau, comme le mentionnent par exemple le brevet français déjà cité et W.E. LUNAN, KB.MILES et W.D. MAY, Proceedings Tappi, 1983 Pulping Conference, (Book 1), pp.239-253.

[0009] Encore d'après le brevet français cité plus haut un blanchiment acceptable ne peut être obtenu à une température comprise entre 100°C et 150°C en atmosphère de vapeur d'eau au moyen de peroxyde d'hydrogène en présence d'un agent alcalin que si l'action du peroxyde d'hydrogène s'exerce sur la matière à blanchir conjointement à une action de désagrégation des fibres par défibrage mécanique ou raffinage pendant une durée de l'ordre seulement de la fraction de seconde. Dans le brevet FR 1159573, une pâte de bois est traitée par une solution alcaline de peroxide d'hydrogène entre 90 et 140°C, la densité de la pâte étant supérieure à 10% environ et la réaction de blanchiment étant conduite pendant une heure ou moins.

[0010] Le procédé de la présente invention a pour but de procurer un meilleur blanchiment que celui décrit dans FR 1159573.

[0011] C'est un procédé de blanchiment de pâtes d'origine mécanique non conjointement à une action de défibrage mécanique dans lequel le peroxyde d'hydrogène agit en présence d'un agent alcalin et de vapeur d'eau saturée, caractérisé en ce que la pâte est traitée à l'aide d'un agent complexant ou séquestrant des métaux à un pH inférieur ou égal à 9, puis lavée avec une efficacité supérieure à 95 % et enfin soumise à l'action du peroxyde a'hydrogène à une température comprise entre 145 et 245°C à la pression de la vapeur d'eau saturée à ladite température pendant une durée comprise entre 1 et 30 minutes.

[0012] Dans le traitement à l'aide de l'agent complexant ou séquestrant, ce dernier est mis en oeuvre à raison d'environ 0,1 % à 1 % en poids du poids de pâte sèche. Sauf précision ou évidence c'est aussi en pour cent en poids du poids de pâte sèche que sont exprimées les quantités de produits dans tout ce qui suit.

[0013] L'agent complexant ou séquestrant est le plus souvent choisi parmi le tripolyphosphate de sodium, le tétrapyrophosphate de sodium, les sels de sodium des acides citrique, nitrilotriacétique, éthylènediaminetétraacétique, diéthylènetriaminepentaacétique.

[0014] Le traitement au moyen de l'agent complexant ou séquestrant est le plus généralement effectué à une valeur de pH comprise entre 4 et 8, le résultat de l'invention ne dépendant alors pas d'une telle valeur.

[0015] Il est naturellement réalisé à une température de préférence inférieure à 100°C mais en général supérieure à 20°C, par exemple entre environ 50°C et 95°C, pour garder une vitesse de complexation ou séquestration rapide sans obligation de pression.

[0016] La consistance, pourcentage pondéral de pâte à l'état sec dans le milieu de traitement, peut, dans le présent traitement à l'aide d'un agent complexant ou séquestrant, varier dans d'assez larges limites, environ 5 % à 30 %. Elle est le plus souvent comprise entre environ 10 % et 15 % pour concilier au mieux économie et efficacité du lavage subséquent.

[0017] La durée du traitement au moyen d'un agent complexant ou séquestrant dépend des autres paramètres. Elle est généralement comprise entre environ 5 minutes et 2 heures.

[0018] Par lavage on entend l'opération qui consiste à éliminer plus ou moins complètement et ici efficacement le liquide présent dans la pâte. Cette élimination est réalisée par exemple grâce au pressage de la pâte sur filtre ou grâce à une séquence dilution-pressage de la pâte, répétée ou non, dans laquelle la dilution est très généralement assurée par de l'eau.

[0019] Le lavage qui suit le traitement au moyen d'un agent complexant ou séquestrant est le plus souvent réalisé à une température généralement comprise entre environ 20°C et 90°C, souvent entre 20°C et 60°C pour des raisons essentiellement économiques.

[0020] Par efficacité on entend, exprimé en pour cent, le degré d'élimination de la phase liquide présente avant lavage dans la pâte.

[0021] Ainsi, passer d'une consistance de 10 % à 20 % par pressage de la pâte correspond à une efficacité de lavage de 55.5 %, passer ensuite à une consistance de 10 % par dilution pour revenir à une consistance de 20 % par pressage, correspond à une efficacité de lavage de la pâte d'origine de 80 %.

[0022] La quantité de peroxyde d'hydrogène engagé est celle communément admise dans le blanchiment traditionnel des pâtes d'origine mécanique et elle est par conséquent comprise entre environ 0,5 % et 10 %, le plus souvent pas inférieure à 2 % environ.

[0023] L'agent alcalin présent avec le peroxyde d'hydrogène qui convient bien à la réalisation de l'invention est l'hydroxyde de sodium employé à raison le plus souvent d'environ 0,25 % à 5 % avec un rapport pondéral hydroxyde de sodium/peroxyde d'hydrogène compris de préférence entre 0,2 et 1.

[0024] L'invention permet une durée d'action du peroxyde d'hydrogène à la fois suffisamment longue pour permettre à ce produit de développer pleinement son efficacité, et avantageusement réduite par rapport à celle d'un blanchiment traditionnel. Elle n'excède généralement pas 15 minutes et même souvent 5 minutes environ.

[0025] Comme déjà indiqué, le peroxyde d'hydrogène exerce son action dans un milieu à une pression égale pratiquement à la pression de la vapeur d'eau saturée à la température choisie. Cette pression est comprise le plus souvent entre 2 bars absolus et 40 bars absolus.

[0026] La consistance de la pâte telle que mise en présence du peroxyde d'hydrogène est choisie de préférence la plus élevée possible restant compatible avec la réalisation d'un mélange d'homogénéité satisfaisante de la pâte avec les autres produits présents. Cette qualité du mélange fait que la consistance est généralement limitée à une valeur non supérieure à environ 30 %, voire 25 %. Elle n'est par contre rarement inférieure de préférence à 10 % environ.

[0027] La présente invention conduit à des résultats élevés de blanchiment de pâtes d'origine mécanique sans que la présence de composés à effet stabilisant pour le peroxyde d'hydrogène soit essentielle à l'efficacité de son action. Celle-ci peut être cependant améliorée par la présence de tels composés comme par exemple, le silicate de sodium engagé à raison le plus souvent de 2 % à 6 % environ, les sels de magnésium tel que le sulfate de magnésium engagé en quantité généralement comprise entre 0,05 % et 0,5 %, des dérivés de l'acide poly(α-hydroxyacrylique) employés à raison d'environ 0,05 % à 2 %, tels que les produits Clarène ®.

[0028] Le procédé de l'invention peut être réalisé en discontinu ou en continu dans toute installation comportant principalement des équipements mélangeurs, généralement du type malaxeurs, dans lesquels peuvent être effectués le traitement à l'aide du complexant ou séquestrant et le mélange de la pâte initiale ou lavée avec le peroxyde d'hydrogène et l'agent alcalin, des équipements de lavage comme, par exemple, des filtres, des presses, enfin, pour le stade d'action du peroxyde d'hydrogène, des équipements résistant a la pression et étanches à la vapeur d'eau, comme un réacteur tubulaire muni par exemple d'un système de progression de la pâte du type vis ou un autoclave.

[0029] Les exemples suivants, donnés à titre indicatif mais non limitatif, permettent de juger de l'intérêt de l'invention. Certains d'entre eux sont donnés à titre de comparaison.

[0030] Dans ces exemples :

• les quantités de réactifs sont données comme indiqué plus haut en % en poids par rapport à la pâte à l'état sec,
• l'acide diétylènetriaminepentaacétique (DTPA) est utilisé sous forme de sel de sodium en solution aqueuse à 40 % en poids et la quantité indiquée est celle de cette solution,
• le terme de silicate désigne une solution aqueuse de silicate de sodium de sodium de densité égale à 1,33 et la quantité indiquée est celle de cette solution,
• l'abréviation LS désigne le Clarène ® ,
• le peroxyde d'hydrogène est engagé sous forme de solution aqueuse à 35 % en poids de peroxyde et la quantité indiquée est celle de peroxyde d'hydrogène compté en 100 % comme l'est aussi la quantité de peroxyde d'hydrogène consommé,
• la pâte à blanchir subit ou non le traitement complexant - lavage avant action du peroxyde d'hydrogène. Dans la négative l'exemple est donné à titre de comparaison et son numéro est indicé C. Dans le premier cas, correspondant à la réalisation du procédé selon l'invention, le traitement de la pâte s'effectue en malaxeur au moyen de 0,5 % de DTPA, durant 15 minutes, à 60°C dans le cas des exemples 1 à 11, à 90°C dans le cas des exemples 12 à 14, à un pH compris chaque fois entre 4 et 8 et qui est le même dans un exemple donné et dans l'exemple fourni à titre de comparaison, avec une consistance égale à 10 %. Le lavage qui suit, d'efficacité chaque fois supérieure à 95 %, est réalisé à 60°C par dilution à l'eau - pressage sur filtre de la pâte traitée au moyen de DTPA,
• la pâte initiale ou la pâte lavée après traitement au DTPA est mélangée avec le peroxyde d'hydrogène, l'hydroxyde de sodium NaOH, la quantité d'eau suffisante pour assurer la consistante voulue égale ici à 20 %, et le cas échéant le silicate ou le Clarène ® par malaxage durant moins de 5 minutes à 20-25°C avant d'être soumise à l'action du peroxyde d'hydrogène dans un réacteur du type autoclave résistant à la pression, muni d'un sas d'introduction de la pâte, et étanche à la vapeur d'eau saturée qui assure la pression à la température T choisie,
• le degré de blanc de la pâte recueillie après décompression de l'autoclave et refroidissement rapide est mesuré (457 nm) en % à l'aide d'un spectrophotomètre CARL ZEISS du type ELREPHO.

EXEMPLES 1 à 11 :

[0031] Chacun des exemples concerne le blanchiment de 100g de pâte de meule de bois de résineux de degré de blanc égal à 53,7 % et de poids à l'état sec égal à 38,2 g.

[0032] Pour chaque exemple les conditions dans lequeslles s'exerce l'action du peroxyde d'hydrogène dans un procédé selon l'invention ou dans un procédé donné à titre de comparaison, de même que les résultats obtenus, sont regroupés dans le tableau I ci-après :

TABLEAU I

Essai n°	T °C	Durée min.	H₂O₂	NaOH	Silicate	LS	Degré de blanc	H₂O₂ consommé
1	145	5	5	2			78,5	2,55
2	145	5	5	2	4		80	2,3
3	145	5	5	4		0,5	81	3,2
4	145	15	5	2			77	3
5	180	2	3	2			75,5	1,8
5c	180	2	3	2			70	2,45
6	180	2	5	2			77	2,4
7	180	2	10	2			78,5	4
7c	180	2	10	2			75,5	4
8	180	2	10	4			79	8
9	180	2	10	4		0,5	82,5	4,7
10	245	1	5	2			77,5	3,05
11	245	1	5	4		0,5	79	3,25

[0033] Des exemples ci-dessus il ressort que le procédé selon l'invention permet d'atteindre un degré de blanc très amélioré, pouvant avoisiner 80 % et même dépasser notablement cette valeur dans les conditions favorisées de réalisation.

[0034] Cette amélioration est accompagnée d'une diminution importante de la consommation de peroxyde d'hydrogène ou, pour le moins, n'entraîne pratiquement aucune augmentation de celle-ci.

[0035] Un dégré de blanc donné est atteint avec une économie substantielle de peroxyde d'hydrogène.

[0036] Il n'a été noté aucune variation sensible de poids de pâte à l'état sec dans les exemples conformes à l'invention.

EXEMPLES 12 à 13 :

[0037] Chacun des exemples concerne le blanchiment de 100g de pâte chimicothermomécanique au sulfite de degré de blanc égal à 59,6 % et de poids à l'état sec égal à 40 g.

[0038] Pour chaque exemple les conditions dans lesquelles s'exerce l'action du peroxyde d'hydrogène dans un procédé selon l'invention ou dans un procédé donné à titre de comparaison, de même que les résultats obtenus, sont regroupés dans le tableau II ci-après :

TABLEAU II

Essai n°	T °C	Durée min.	H₂O₂	NaOH	LS	Degré de blanc	H₂O₂ consommé
12	150	2	5	4	0,5	78	3
13	180	2	5	4	0,5	79	3,3
13c	180	2	5	4	0,5	74,5	4

[0039] Les observations faites à propos des essais 1 à 11 restent valables.

Revendications

1. Procédé de blanchiment de pâtes d'origine mécanique non conjointement à une action de défibrage mécanique dans lequel le peroxyde d'hydrogène agit en présence d'un agent alcalin et de vapeur d'eau saturée, caractérisé en ce que la pâte est traitée à l'aide d'un agent complexant ou séquestrant des métaux à un pH inférieur ou égal à 9, puis lavée avec une efficacité supérieure à 95 % et enfin soumise à l'action du peroxyde d'hydrogène à une température comprise entre 145 et 245°C à la pression de la vapeur d'eau saturée à ladite température pendant une durée comprise entre 1 et 30 minutes.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité d'agent complexant ou séquestrant est comprise entre 0,1 %. et 1 %.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le traitement au moyen de l'agent complexant ou séquestrant est effectué à un pH compris entre 6 et 8.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le traitement au moyen de l'agent complexant ou séquestrant est effectué à une température comprise entre 50°C et 95°C.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le lavage est effectué à une température comprise entre 20°C et 90°C.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la quantité de peroxyde d'hydrogène est comprise entre 2 % et 10 %.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'agent alcalin présent quand le peroxyde d'hydrogène agit est l'hydroxyde de sodium employé à raison de 0,25 % à 5 % avec un rapport pondéral par rapport au peroxyde d'hydrogène compris entre 0,2 et 1.

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caracérisé en ce que la durée pendant laquelle le peroxyde d'hydrogène agit est inférieure ou égale à 10 minutes.

9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le peroxyde d'hydrogène agit en présence d'un composé qui a sur lui un effet stabilisant.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le composé à effet stabilisant est choisi parmi le silicate de sodium, les sels de magnésium, les dérivés de l'acide poly (α-hydroxyacrylique).

Claims

1. Process for the bleaching of pulps of mechanical origin, not jointly with a mechanical defibering action, in which hydrogen peroxide acts in the presence of an alkaline agent and saturated steam characterised in that the pulp is treated using a complexing or sequestering agent for metals at a pH less than or equal to 9, then washed with an efficiency greater than 95 % and finally subjected to the action of hydrogen peroxide at a temperature of between 145 and 245°C at the pressure of the saturated steam at the said temperature for a period of time of between 1 and 30 minutes.

2. Process according to Claim 1, characterised in that the quantity of complexing or sequestering agent is between 0.1 % and 1 %.

3. Process according to either of Claims 1 and 2, characterised in that the treatment by means of the complexing or sequestering agent is carried out at a pH of between 6 and 8.

4. Process according to one of Claims 1 to 3, characterised in that the treatment by means of the complexing or sequestering agent is carried out at a temperature of between 50°C and 95°C.

5. Process according to one of Claims 1 to 4, characterised in that washing is carried out at a temperature of between 20°C and 90°C.

6. Process according to one of Claims 1 to 5, characterised in that the quantity of hydrogen peroxide is between 2 % and 10 %.

7. Process according to one of Claims 1 to 6, characterised in that the akaline agent present when the hydrogen peroxide acts is sodium hydroxide used at a concentration of 0.25 % to 5 % with a weight ratio with respect to the hydrogen peroxide of between 0.2 and 1.

8. Process according to one of Claims 1 to 7, characterised in that the period of time during which hydrogen peroxide acts is less than or equal to 10 minutes.

9. Process according to one of Claims 1 to 8, characterised in that hydrogen peroxide acts in the presence of a compound which has a stabilising effect on it.

10. Process according to Claim 9, characterised in that the compound with a stabilising effect is chosen from sodium silicate, magnesium salts or derivatives of poly(α-hydroxyacrylic acid).

Ansprüche

1. Verfahren zum Bleichen von Stoffbrei mechanischen Ursprungs, welches nicht gemeinsam mit einer mechanischen Zerfaserung erfolgt und bei dem Wasserstoffperoxid in Gegenwart von einem alkalischen Agens und gesättigtem Wasserdampf einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoffbrei mit Hilfe eines Komplexierungsmittels oder Maskierungsmittels für Metalle bei einem pH unterhalb oder gleich 9 behandelt wird, dann mit einer Effektivität von mehr als 95 % gewaschen wird und schließlich der Einwirkung von Wasserstoffperoxid bei einer Temperatur zwischen 145°C und 245°C bei dem Druck von gesättigtem Wasserdampf bei dieser Temperatur für eine Dauer von zwischen 1 und 30 Minuten ausgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Komplexierungsmittels oder Maskierungsmittels zwischen 0,1 und 1 % beträgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mittels des Komplexierungsmittels oder Maskierungsmittels bei einem pH zwischen 6 und 8 durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mittels des Komplexierungsmittels oder Maskierungsmittels bei einer Temperatur zwischen 50°C und 95°C durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Waschvorgang bei einer Temperatur zwischen 20°C und 90°C ausgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an Wasserstoffperoxid zwischen 2 % und 10 % liegt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das alkalische Agens, das anwesend ist, wenn das Wasserstoffperoxid einwirkt, Natriumhydroxid ist, das in einer Menge von 0,25 % bis 5 % eingesetzt wird, mit einem Gewichtsverhältnis, bezogen auf das Wasserstoffperoxid, von 0,2 bis 1.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Einwirkung des Wasserstoffperoxids kürzer oder gleich 10 Minuten ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserstoffperoxid in Gegenwart einer Verbindung einwirkt, die auf dieses einen stabilisierenden Effekt ausübt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung mit stabilisierendem Effekt ausgewählt wird aus Natriumsilikat, den Magnesiumsalzen, den Derivaten von Poly(α-hydroxyacryl)säure.