Procédé de fabrication de papiers ou cartons à partir de fibres recyclées, Traitées avec des enzymes

Description

[0001] La présente invention concerne la fabrication des papiers ou cartons à partir de fibres recyclées.

[0002] L'industrie papetière fait de plus en plus appel à des matiè­res premières à base de fibres recyclées. A chaque recyclage, la qua­lité des matières premières se dégrade et il est généralement nécessaire pour retrouver un niveau satisfaisant pour les caractéristi­ques mécaniques des papiers ou cartons produits, de soumettre le pâte papetière à un raffinage.

[0003] Les répercussions sur la formation de la feuille et le rende­ment de la machine à papier sont importantes. On observe surtout une diminution de la capacité d'égouttage de l'eau à travers le matelas fi­breux.

[0004] On est alors obligé d'augmenter la concentration des suspen­sions fibreuses pour conserver une cadence de fabrication comparable à la fabrication de feuilles à base de fibres écrues ou blanchies par exemple.

[0005] L'invention propose un procédé de fabrication de papier ou carton par mise en oeuvre d'une machine à papier, à partir d'au moins un jet d'une suspension aqueuse de fibres recyclées sur la toile de la machine à papier, qui permet d'augmenter le rendement de la machine à papier, tout en permettant une bonne formation de feuilles.

[0006] Selon le procédé de l'invention, on fait agir sur la composi­tion papetière à base essentiellement de fibres recyclées, avant le dé­ pôt de la suspension aqueuse de fibres sur la toile, une préparation enzymatique contenant des cellulases et/ou des hemicellulases et/ou d'autres enzymes ayant une action sur tout ou partie des constituants des fibres cellulosiques recyclées qui entraine une amélioration de l'égouttabilité, à une température comprise entre 15 et 80°C, à un pH compris entre 3 et 8, pendant une durée supérieure à 5 minutes et de préférence comprise entre 10 minutes et 1 heure.

[0007] L'action d'enzymes sur des pâtes papetières a déjà été décri­te dans plusieurs publications de brevet.

[0008] On connait par exemple par la publication française de brevet FR 2 557 894 un procédé de traitement de pâtes papetières par une solu­tion enzymatique qui favorise le raffinage de la pâte, c'est-à-dire qui la rend apte à être transformée en un papier présentant des caractéris­tiques définies. Selon ce procédé, on fait agir sur une pâte non raffi­née, présentant un degré Schopper-Riegler (SR) assez bas, de l'ordre de 10, une solution enzymatique particulière contenant des xylanases.

[0009] Ce procédé vise donc non pas à améliorer l'égouttage de la pâte traitée, mais à améliorer son aptitude au raffinage.

[0010] On connait également, par le brevet canadien CA 758 488 un procédé de raffinage d'une pâte papetière qui consiste à soumettre une pâte non raffinée à l'action d'une solution enzymatique à base notam­ment de cellulase, pectinol ou lipase, et à la soumettre simultanément à un raffinage mécanique. Le but poursuivi est également l'amélioration du raffinage de la pâte traitée.

[0011] Dans le procédé selon l'invention, l'action des enzymes est différente. Elles agissent ici sur une pâte de fibres recyclées qui présente une mauvaise machinabilité, due à une faible égouttabilité.

[0012] L'action des enzymes va se traduire par une amélioration de l'égouttabilité ce qui va permettre soit une dilution plus importante de la composition papetière en caisse de tête, soit une augmentation de la vitesse de la machine et finalement un gain de productivité, soit les deux. L'action des enzymes se traduit aussi par une amélioration des caractéristiques mécaniques de la feuille de papier, fabriquée à partir de fibres recyclées. Elle se traduit aussi en ce qu'elle autori­se l'emploi en tant que matières premières d'un pourcentage important de fibres de très basses catégories, telles que la catégorie désignée par gros de magasin.

[0013] Ainsi, un des aspects de l'invention vise à fournir un pro­cédé pour améliorer la machinabilité d'une composition papetière lors de la fabrication d'une bande de papier à partir d'une suspension de fibres recyclées.

[0014] Un autre aspect de l'invention vise à fournir un procédé de fabrication d'un papier à partir d'une composition de fibres recyclées contenant des fibres de très basse catégorie en pourcentage non négli­geable, qui sont normalement incorporées à des taux bien plus faibles dans les procédés classiques de fabrication du papier, car pénalisant très fortement, non seulement l'égouttabilité des suspensions fibreuses résultantes, mais aussi les propriétés mécaniques des papiers produits à partir desdites suspensions fibreuses.

[0015] Parmi toutes les préparations enzymatiques contenant des cel­lulases et/ou des hémicellulases et autres tels que les estérases, les mananases, etc..., qui sont utilisées selon l'invention, on choisit de préférence celles qui possèdent une activité C₁, une activité C_x et une activité xylanasique.

[0016] Ces trois activités sont définies par la nomenclature inter­nationale des enzymes et elles peuvent être qualifiées et exprimées en unités du système international par milligramme de poudre de la prépa­ration enzymatique considérée. L'activité C₁ est l'action de la cello­biohydrolase pouvant être dosée sur de la cellulose pure très organisée. Cette activité se manifeste par la production de cellobiose et le système international a retenu le substrat AVICEL comme substrat de référence. L'activité C_x est dosée sur de la cellulose modifiée, la carboxyméthylcellulose par exemple et elle est quantifiée par une chute de la viscosité de la carboxyméthylcellulose ou une augmentation des activités réductrices. L'activité xylanasique permet une hydrolyse des xylanes de liaison.

[0017] La préparation enzymatique est utilisée à une concentration en enzymes qui varie selon les activités C₁, C_x ou xylanasique des en­zymes contenues dans la préparation. Ainsi, la préparation enzymatique est utilisée de préférence à une concentration de 0,01 % à 2 % du poids de la pâte en sec, ces pourcentages correspondant à une préparation ayant une activité C₁ de 0,168 USI par milligramme de poudre, une acti­vité C_x de 3,9 USI par milligramme de poudre et une activité xylanasi­que de 31 USI par milligramme de poudre.

[0018] Il va de soi que les concentrations des préparations enzyma­tiques peuvent être adaptées suivant le type de préparation utilisé. Il n'en demeure par moins que généralement avec les préparations enzymati­ques dont les activités one été décrites ci-dessus, en deçà d'une concentration égale à environ 0,01 % du poids de la pâte en sec, on n'observe pas d'effet significatif, sauf à prolonger le temps de réac­tion jusqu'à des durées inadaptées aux cadences industrielles.Au delà d'une concentration égale à environ 2 % du poids de la pâte en sec, le coût de l'opération tend à devenir prohibitif, et les caractéristiques mécaniques du papier fabriqué tendent à s'abaisser.

[0019] Le milieu réactionnel peut être plus ou moins approprié à l'action des enzymes. Des conditions de température et de pH convien­nent plus particulièrement pour éviter tout risque de dénaturation des enzymes par le milieu. Le pH est ainsi compris entre 3 et 8, et la tem­pérature entre 15°C et 80°C. Au delà de 80°C, le milieu tend à dénatu­rer l'enzyme, et en dessous de 15°C, l'action des enzymes se manifeste particulièrement lentement.

[0020] Plutôt que de rechercher à modifier le milieu réactionnel pour l'adapter à l'action des enzymes, le procédé selon l'invention propose avantageusement d'adapter la préparation enzymatique aux condi­tions opératoires industrielles, généralement utilisées en papeterie, c'est à dire sans autres modifications du procédé de fabrication.

[0021] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention appa­raitront dans la description suivante d'exemple de réalisation.

[0022] Les exemples 1 à 15 mettent en évidence l'action des prépara­tions enzymatiques sur l'égouttabilité des compositions papetières à base de fibres recyclées.

[0023] Les exemples 16 à 20 mettent en évidence les avantages et notamment les gains de productivité procurés par l'invention sur une machine industrielle.

EXEMPLE 1 à 12

[0024] On prépare une suspension aqueuse de pâte papetière à base de fibres recyclées de la façon suivante :

[0025] On pèse 1 kg sec d'une pâte constituée uniquement de fibres en provenance de caisses en carton recyclées.

[0026] On en fait une suspension aqueuse à 3 % en poids, en ajoutant de l'eau jusqu'à un poids total de 33,333 kg. On ajuste le pH de la suspension fibreuse à la valeur désirée, en ajoutant soit de l'acide sulfurique (H₂SO₄, 1N) pour obtenir des pH acides, soit de la soude (NaOH, 1N) pour obtenir des pH basiques. Une façon avantageuse de pro­céder est de contrôler le pH à l'aide d'un pH mètre lorsqu'on rajoute soit l'acide, soit la base, tout en homogénéisant la suspension fibreuse. Puis on porte la suspension fibreuse à la température dési­ rée. Une fois cette température atteinte, on introduit 1,6 ml d'une solution enzymatique à base de cellulases et d'hemicellulases, commer­cialisée sous l'appellation Multifect L 250 , par la société FINNISH SUGAR CO Ltd. On laisse réagir les enzymes pendant un temps variable selon les exemples et on mesure l'égouttabilité des suspensions pape­tières à l'aide de l'appareillage BRITT-JAR selon le protocole décrit ci-après. On mesure ainsi l'égouttabilité avant l'introduction des en­zymes et après le traitement.

[0027] Pour mesurer l'égouttabilité on prépare une suspension de fi­bres papetières à une concentration de 10 g/l et on prend 650 ml de cette suspension que l'on verse dans l'appareil BRITT-JAR qui comprend un corps cylindrique d'une diamètre de 10,2 centimètres à la base duquel se trouve une toile filtrante de même nature et caractéristiques que la toile de la machine à papier. Cet appareil est commercialisé par exemple par la société NOVIPRO. On appelle égouttage (ou égouttabilité) le volume d'eau qui a passé à travers la toile au bout de 15 secondes sous un vide de 0,2 bars, sans agitation de la suspension aqueuse.

[0028] Dans cet exemple, la mesure de l'égouttabilité avant l'introduction des enzymes est de 320.

[0029] On réalise ainsi 12 exemples de traitements différents les uns des autres, par la température, le pH ou la durée du traitement. Les conditions ainsi que les résultats sont regroupés dans le tableau 1 ci-après.

EXEMPLES 13 à 15

[0030] On opère comme dans les exemples 1, 5, 10 respectivement, sauf qu'on remplace la préparation enzymatique de ces exemples par une autre préparation, à savoir une solution aqueuse d'une poudre de Maxazyme CL 2000 commercialisée par la société française RAPIDASE.

TABLEAU 1

Ex.	Température °C	pH	temps de réaction en heures	égouttabilité après traitement
1	50	5	0,5	510
2	50	6	0,5	510
3	50	7	1	420
4	40	5	1	510
5	40	6	1	500
6	40	7	1	485
7	40	7,5	2	485
8	25	5	2	475
9	25	6	2	465
10	25	7	2	475
11	25	7,5	2	435
12	50	4	1	485
13	50	5	0,5	500
14	40	6	1	485
15	25	7	2	475

[0031] Les 15 exemples montrent que le traitement de la suspension à l'aide des enzymes procure une augmentation de l'égouttabilité de la suspension fibreuse, ce qui conduit à une plus grande vitesse d'égouttage et donc une mielleure machinabilité.

EXEMPLE 16

[0032] Dans cet exemple, on veut fabriquer du papier pour couverture des caisses carton d'un grammage de 125 g/m², par mise en oeuvre d'une machine à papier industrielle.

[0033] La composition fibreuse de départ est constituée de 95 % en poids de caisses de cartons de récupération et de 5 % en poids de gros de magasin. A l'aide d'un pulpeur, on en fait, en continu, une suspen­sion aqueuse à 30 g/l. Cette suspension passe ensuite dans les diffé­rents épurateurs et cuviers de stockage usuels. Dans le dernier de ces cuviers, alors que la suspension de fibres est à une température de 45°C et à un pH de 6, on y introduit une préparation enzymatique à base de cellulases et d'hémicellulases, à raison de 1,2 litre par tonne sè­che de papier produit, d'une solution commercialisée sous l'appellation Multifect L 250™ par la société FINNISH SUGAR CO Ltd. On laisse réagir durant le temps de passage de la suspension dans le cuvier ce qui cor­ respond à 30 minutes environ.

[0034] La suspension traitée par les enzymes est envoyée ensuite en caisse de tête, où elle est amenée jusqu'à une concentration de 7,4 g/l.

[0035] La composition est coulée sur la toile de la machine à papier qui se déplace à une vitesse de 250 m/mn.

[0036] On obtient ainsi une production de 4,15 tonnes/heure de pa­pier couverture.

[0037] On mesure l'indice d'éclatement conformément à la norme NFQ 03053. Cet indice représente le quotient de la pression maximale répar­tie uniformément, et supporté par une éprouvette de papier, perpendi­culairement à sa surface, par le grammage du papier. On trouve dans cet exemple un indice d'éclatement de 1,79.

EXEMPLE COMPARATIF 16

[0038] On opère comme dans l'exemple 15, sauf qu'on n'opère pas de traitement par les enzymes. La concentration en caisse de tête est de 9,5 g/l de manière à obtenir le meilleurs compromis entre une égoutta­bilité correcte et une production maximale. La production obtenue est de 3,89 tonnes/heure.

[0039] L'indice d'éclatement de papier fabriqué est de 1,64.

[0040] Cet exemple comparatif met en évidence les avantages appor­tées par l'invention : une plus grande dilution en caisse de tête et une augmentation de la vitesse de la machine, ce gain se traduit par un gain de productivité. On observe également un gain de caractéristiques du papier.

EXEMPLE 17

[0041] On opère comme dans l'exemple 16, sauf qu'on modifie la concentration en caisse de tête en conservant la même concentration que dans l'exemple comparatif 16, et en augmentant la vitesse de la machine pour la porter à 255 m/mn. La production atteint 4,22 tonnes/heure.

[0042] L'indice d'éclatement mesuré est de 1,65.

[0043] Par comparaison avec l'exemple 16 comparatif, on remarque que le traitement à l'aide des enzymes permet d'augmenter considérablement la vitesse de la machine sans perte des caractéristiques mécaniques du papier.

EXEMPLE 18

[0044] Dans cet exemple, on opère comme dans l'exemple 16 mais on modifie la composition fibreuse qui est formée ici de 80 % de caisses de carton de récupération et 20 % de gros de magasin.

[0045] La concentration en caisse de tête est de 8,5 g/l et la vi­tesse de la machine est de 241,8 m/mn.

[0046] La production de la machine, en papier, est de 4,01 tonnes/h.

[0047] L'indice d'éclatement mesuré est de 1,65.

[0048] Par comparaison avec l'exemple comparatif 16, on remarque qu'en plus du gain de production, il est possible d'augmenter la quan­tité de gros de magasin (qualité la plus basse) et de diminuer le coût de fabrication du papier tout en conservant des caractéristiques méca­niques satisfaisantes.

[0049] L'action des enzymes en améliorant l'égouttabilité de la sus­pension fibreuse permet d'augmenter la dilution en caisse de tête et d'améliorer ainsi la formation de la feuille.

EXAMPLE 19

[0050] On fabrique un papier pour couverture ordinaire de 190 g/m² à partir d'une composition fibreuse de 80 % de rognures de caisses et 20 % de bons cartons.

[0051] On opère comme dans l'exemple 15 en utilisant un dosage d'enzymes de 0,9 l/tonne de papier produit sec.

[0052] La concentration en caisse de tête est de 8,6 g/l et la vi­tesse de la machine est est 163,3 m/mn. La production en papier est de 3,92 tonnes/heure.

[0053] L'indice d'éclatement mesuré est de 2,33.

EXEMPLE COMPARATIF 19

[0054] On opère comme dans l'exemple 19, sauf qu'on ne traite pas la composition papetière par les enzymes.

[0055] La concentration en caisse de tête pour le meilleur compromis égouttabilité-production est de 10,5 g/l et la vitesse de la machine est de 153,6 m/mn. La production de papier est de 3,69 tonnes/heure et l'indice d'éclatement est de 2,14.

[0056] Cet exemple comparatif met en évidence les avantages procurés par l'invention sur la productivité et les caractéristiques du papier avec une autre composition papetière de départ. Le traitement par une préparation enzymatique à base de cellulase et/ou d'hémicellulase per­met de diluer plus fortement en caisse de tête, ce qui procure une meilleure mise en feuille, tout en augmentant la vitesse de la machine.

EXAMPLE 20

[0057] On veut fabriquer un papier "Test liner" de 180 g/m².

[0058] On opère comme dans l'exemple 16, mais en prenant comme com­ position de départ 80 % de rognures de caisses et 20 % de sacs Krafts. Le dosage d'enzymes est de 0,65 l/tonne de papier produit.

[0059] La concentration en caisse de tête est de 8,5 g/l et la vi­tesse de la machine de 152,3 m/mn.

[0060] La production du papier est de 3,78 tonnes/heure.

[0061] L'indice d'éclatement mesuré est de 2,84.

EXEMPLE COMPARATIF 20

[0062] On opère comme dans l'exemple 20, sauf qu'on ne traite pas la composition papetière par les enzymes.

[0063] La concentration en caisse de tête pour le meilleur compromis égouttabilité-production est de 10,2 g/l et la vitesse de la machine est de 151,4 m/mn. La production du papier est de 3,61 tonnes/heure et l'indice d'éclatement de 2,75.

[0064] On retrouve dans l'exemple 20 les avantages précédemment dé­crits.

Revendications

1. Procédé de fabrication de papiers ou cartons à partir d'une composition papetière à base essentiellement de fibres recyclées par mise en oeuvre d'une machine à papier avec dépôt d'au moins un jet d'une suspension aqueuse des fibres sur une toile, caractérisé en ce qu'avant le dépôt de la suspension sur la toile, la composition pape­tière est traitée à l'aide d'une préparation enzymatique contenant des cellulases et/ou des hémi-cellulases et/ou d'autres enzymes ayant une action sur tout ou partie des constituants des fibres cellulosiques, qui entraine une amélioration de l'égouttabilité, à une température comprise entre 15 et 80°C et à un pH compris entre 3 et 8, pendant une durée supérieure à 5 minutes et de préférence comprise entre 10 minutes et 1 heure.

2. Procédé pour l'amélioration de la machinabilité d'une com­position papetière à base essentiellement de fibres recyclées, caracté­risé en ce qu'on traite la composition papetière avec une préparation enzymatique entrainant une amélioration de l'égouttabilité de l'eau à travers le matelas fibreux, sans autres modifications du procédé de fa­brication.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la préparation enzymatique contient des cellulases et/ou des hémi-­cellulases.

4. Procédé selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la composition papetière traitée est formée de 100 % de fi­bres recyclées.

5. Procédé selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la composition papetière de fibres recyclées comprend de 0 à 25 % de fibres recyclées de la catégorie la plus basse.

6. Procédé selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la préparation enzymatique est utilisée à raison de 0,01 % à 2 % en poids de la pâte en sec.

7. Procédé pour l'amélioration des caractéristiques mécani­ques des papiers obtenus par mise en oeuvre d'une machine à papier à partir d'une composition papetière de fibres recyclées, caractérisé en ce que la composition papetière est traitée à l'aide d'une préparation enzymatique améliorant l'égouttabilité et permettant d'augmenter la di­lution de la suspension aqueuse de fibres en caisse de tête par rapport à la dilution correspondant au meilleur compromis égouttabilité-­production de la composition papetière non traitée.