Procédé de traitement d'une pâte papetière par une préparation enzymatique pour la fabrication de papier ou de carton

Abstract

 L'invention concerne un procédé de traitement d'une pâte papetière par une préparation enzymatique.
Selon le procédé, on fait agir sur une suspension aqueuse de ladite pâte présentant un degré Schopper-Riegler (SR) déterminé conformément à la norme NFQ 50 003, au moins égal à 25, une préparation enzymatique contenant des cellulases et/ou des hémicellulases choisies parmi celles dérivées du champignon Humicola insolens et de la bactérie cellulomonas.
Application du procédé pour le traitement d'une pâte papetière à base de fibres recyclées, présentant un pH au moins égal à 5.

Description

[0001] La présente invention concerne l'industrie papetière et notamment l'industrie du papier recyclé et elle a plus précisément pour objet un nouveau procédé de traitement de pâtes papetières au moyen d'une préparation enzymatique, permettant notamment une bonne machinabilité de ladite pâte lors de la fabrication du papier.

[0002] L'industrie papetière utilise de plus en plus de pa­piers recyclés. Dans la fabrication du carton ondulé par exemple, on fait de plus en plus appel à des matières pre­mières à base de fibres recyclées, et on augmente parallè­lement le nombre des recyclages. Or, à chaque recyclage, la qualité des matières premières se dégrade davantage. Pour retrouver un niveau satisfaisant des caractéristiques mé­caniques, on procède alors généralement à un raffinage des pâtes en suspension aqueuse, ce qui entraîne des difficul­tés de machinabilité, en particulier d'égouttabilité de la composition papetière.

[0003] Les pâtes en suspension aqueuse prêtes à être mises en ouvre sur une machine à papier peuvent être caractérisées par divers paramètres, et l'un d'entre eux est particuliè­rement significatif pour la prévision de l'aptitude de la pâte à l'égouttage. On définit ainsi le degré Schopper-­Riegler (SA) d'une pâte comme étant un élément d'apprécia­tion de la qualité d'une pâte pour la fabrication du pa­pier. Il exprime l'aptitude de l'eau à se séparer de la suspension dans les conditions définies par la norme NFQ 50 003. Sur une échelle allant de 0 à 100, une valeur élevée du SR traduit une faible vitesse d'égouttage de la suspen­sion tandis qu'une valeur faible traduit une vitesse d'égouttage plus rapide. On a observé par exemple qu'une pâte qui a subi une opération de raff inage voit son SR plus ou moins augmenté selon le degré de raff inage subi, par rapport à une pâte qui n'a pas ou peu subi une telle opé­ration.

[0004] Ce paramètre joue un rôle particulièrement important dans la productivité de la machine à papier. En effet, pour augmenter la productivité, il faut que la phase d'égouttage prenne le moins de temps possible. Pour des suspensions avec un degré SR élevé, on est obligé d'augmenter la con­centration des pâtes pour conserver une même cadence de fabrication. Cela entraine une moins bonne formation des feuilles car les fibres se répartissent plus difficilement. Il est donc particulièrement avantageux de disposer de suspensions présentant un degré SR assez faible.

[0005] Dès que des suspensions présentent un degré SR supé­rieur à 25, il devient soubaitable d'essayer de le faire baisser pour améliorer les conditions de fabrication du papier. Un tel abaissement est souhaitable suivant deux aspects : d'une part, on peut améliorer la productivité de la machine à papier grâce à l'accélération de l'égouttage ; d'autre part, on peut conserver les cadences de fabrication sans avoir à compenser la lenteur de l'égouttage par une moindre dilution de la suspension, avec les risques que cela entrainerait d'une mauvaise formation des feuilles.

[0006] Dans la publication de brevet européen 0 262 040, on a décrit un procédé de traitement de pâtes papetières en suspension aqueuse, notamment des pâtes à base de fibres recyclées, possédant un degré SR au moins égal à 25 qui, par utilisation de préparations enzymatiques à base de cellulases et/ou d'hémicellulases, permet d'abaisser le SR et donc d'améliorer l'égouttage de la suspension et la productivité de la machine à papier.

[0007] Les préparations enzymatiques contenant des cellulases et/ou des hémicellulases décrites sont de préférence celles qui possèdent une activité C₁, une activité C_x et une ac­tivité xylanasique. 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 et elle est quantifiée par une chute de la viscosité de la carboxyméthylcellulose ou une augmentation des extrémités réductrices. L'activité xylanasique permet une hydrolyse des xylanes de liaison.

[0008] Comme décrit dans le document cité, 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 avantageusement compris entre 3 et 7, et la température entre 20°C et 60°C. Au delà de 60°C, le milieu tend à dé­naturer l'enzyme, et en dessous de 20°C, l'action des en­zymes se manifeste particulièrement lentement.

[0009] Avec les préparations enzymatiques décrites dans ce document, il est recommandé de se placer à un pH compris entre 3 et 7 environ.

[0010] Certaines compositions papetières de fibres recyclées peuvent présenter un pH élevé et supérieur à 7. Dans ce cas, on peut être amené à diminuer le pH pour se situer dans les conditions optimales d'action des préparations enzymatiques.

[0011] La diminution du pH s'effectue généralement par addi­tion d'acide tel l'acide sulfurique. Outre l'inconvénient d'être une opération supplémentaire, l'addition d'un acide peut provoquer des perturbations au niveau de la formation de la feuille sur la machine à papier, par exemple diminuer l'efficacité de certains agents tels les agents de réten­tion.

[0012] De plus, dans le cas des papiers impression-écriture par exemple, il est nécessaire d'ajouter une quantité im­portante d'acide ce qui diminue l'intérêt économique du procédé de traitement par les enzymes.

[0013] L'invention obvie aux inconvénients cités.

[0014] On a maintenant trouvé selon l'invention des prépara­tions enzymatiques à base de cellulases et/ou d'hémicel­lulases qui ne nécessitent pas de modifications du procédé de formage de la feuille et qui peuvent être utilisées à des pH supérieurs aux pH utilisés jusqu'à présent.

[0015] Le procédé selon l'invention consiste à utiliser en vue d'abaisser le SR des compositions papetières, notamment à base de fibres recyclées, présentant un SR supérieur à 25, des préparations enzymatiques contenant des cellulases dites alcalines, choisies parmi celles produites par la fermentation du champignon Humicola insolens et celles produites par la bactérie Cellulomonas.

[0016] Les cellulases alcalines utilisées de préférence sont celles obtenues à partir des souches déposées à une auto­rité de dépôt international de micro-organismes et réfé­rencées CBS 39 269, CBS 14 764, ATCC 16 454, ATCC 26 908, ATCC 34 627 pour le champignon Humicola insolens et UDA 8 200, FIMI 11 341, UDA 11 494 pour la bactérie Cellulomonas.

[0017] Toutes ces cellulases présentent une activité CMC (C_x) et une activité papier filtre plus élevées à pH 7 ou 9 qu'à pH 5. L'activité papier filtre correspond à la mesure des sucres réducteurs libérés par l'action de la préparation enzymatique à partir du papier filtre (papier filtre WHATMAN).

[0018] Sous un des aspects de l'invention, on traite une pâte papetière notamment une pâte papetière à base de fibres recyclées, par une préparation enzymatique présentant une activité maximale exprimée par rapport à l'abaissement du degré SR pour des valeurs de pH supérieures à 6.

[0019] Les préparations enzymatiques selon l'invention peu­vent être utilisées à des concentrations comprises entre 0,01 % à 2 % en poids de la pâte papetière exprimés à sec.

[0020] On peut aussi utiliser dans le cadre de l'invention, des préparations enzymatiques désignées sous l'appellation Celluzyme ^R par la société NOVO, qui contiennent des cellulases produites par la fermentation du champignon Humicola insolens.

[0021] Après le traitement par les préparations enzymatiques selon l'invention, les compositions papetières en suspen­sions aqueuses sont mises en oeuvre sur une machine à pa­pier usuelle qui comprend - une table de fabrication munie d'une caisse apportant un jet de pâte en suspension aqueuse pour la formation d'une feuille de papier, la table de fa­brication étant recouverte d'une toile pour l'égouttage de la pâte, - une section de presse, - une section de séchage.

[0022] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description détaillée suivante d'exemples de réalisation.

[0023] Dans tous les exemples rapportés, les caractéristiques indiquées sont définies de la façon suivante :
- degré Schopper-Rieger (SR) : conformément à la norme NFQ 50 003 (mesuré sur une pâte en suspension homogène à 2 g/l)

Exemples 1 A 15 :

[0024] On prépare une suspension aqueuse d'une 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. 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, pour obtenir un pH de 5, 6, 7, 8, 9 selon les exemples, puis on porte la suspension fibreuse à la température dé­sirée de 50, 40 ou 30°C selon les exemples. Une fois cette température atteinte, on introduit 3 g d'une poudre à base de cellulases désignée sous l'appellation Celluzyme ^R 1500T par la société NOVO. On laisse réagir les enzymes sous agitation pendant 1/2 heure. On dilue la suspension aqueuse par addition d'eau pour obtenir une suspension à 7 g/l et on mesure le degré SR. Les valeurs obtenues sont indiquées dans le tableau ci-après. On réalise ainsi 15 exemples différents par la température et le pH.

Exemples 16 à 30 :

[0026] On opère comme dans les exemples précédents sauf qu'on change la préparation enzymatique, en utilisant ici une poudre à base de cellulases désignée sous l'appellation Celluzyme ^R 0,7 T par la société NOVO.

Exemples 31 à 33 :

[0027] On opère comme dans les exemples 6, 8 et 10 respecti­vement, en utilisant une préparation enzymatique à base de cellulases issues de la souche CBS 14 764 du champignon Humicola insolens.

[0028] La préparation enzymatique est obtenue de la façon suivante :

[0029] La souche telle que fournit par l'autorité de dépôt internationale Centraalbureau Voor Schimmelrcultures (CBS) est transférée dans un milieu stérile contenant de la cel­lulose, à un pH 6. Après 7 jours de culture à 40°C, le my­celium est séparé du milieu de fermentation par filtration. Le filtrat obtenu est lyophilisé de manière à obtenir une poudre que l'on peut employer à raison de 0,01 à 2 % en poids, du poids en sec de la pâte papetière à traiter.

Exemples 34 à 36 :

[0030] On opère comme dans les exemples 6, 8 et 10 respecti­vement, en utilisant une préparation enzymatique à base de cellulases issues de la souche UDA 11 494 de la bactérie Cellulomonas.

[0031] La préparation enzymatique est obtenue de la façon suivante :

[0032] La souche telle que fournit pâr l'autorité de dépôt internationale est transférée dans un milieu stérile con­tenant de la cellulose, à pH 7. Après 7 jours de culture à 25°C, les cellules sont séparées du milieu de fermentation par filtration. Le filtrat est lyophilisé de manière à ob­tenir une poudre que l'on peut employer à raison de 0,01 à 2 % en poids du poids en sec de la pâte papetière à traiter.

Exemples comparatifs 37 à 51 :

[0033] On opère comme dans les exemples précédents sauf qu'on remplace les préparations enzymatiques selon l'invention par une préparation enzymatique commercialisée sous la ré­férence Maxazyme ^R CL 2000 par la société Rapidase qui est une préparation dérivée du microorganisme Trichoderma viride et décrite dans la publication de brevet européen déjà cité EP 0 262 040.

[0034] L'exemple témoin suivant sur le tableau n'utilise au­cune préparation enzymatique.

[0035] Pour mieux mettre en évidence la réactivité des pré­parations enzymatiques selon l'invention, on a représenté sur les figures en annexe, les variations du degré SR en fonction du pH pour les trois températures selon les exem­ples 1 à 30 et 37 à 51. SR est la différence des degrés Shopper des pâtes papetières mesurées avant et après le traitement enzymatique.

[0036] Les graphiques montrent les bonnes réactivité des en­zymes utilisées selon l'invention pour des pH supérieurs à 6 alors que, pour les préparations enzymatiques utilisées dans l'art antérieur, cette réactivité décroît fortement pour des valeurs de pH supérieurs à 6. On peut encore noter l'efficacité inattendue des préparations enzymatiques selon l'invention lorsqu'on effectue le traitement à 30°C.

[0037] L'action des enzymes va se traduire sur la machine à papier par une amélioration de l'égouttabilité et une aug­mentation de la vitesse de la machine. Elle permet une di­lution plus importante de la composition papetière en caisse de tête.

TABLEAU

Ex.	t°C	pH	SR	SR	Ex.	t°C	pH	SR	SR
1	50	5	39,5	4,5	26	30	5	40,5	3,5
2	50	6	34	10	27	30	6	39,5	4,5
3	50	7	34	10	28	30	7	38,5	5,5
4	50	8	33	11	29	30	8	39,5	4,5
5	50	9	36,5	7,5	30	30	9	39,5	4,5
6	40	5	40	4	31	40	5	42	2
7	40	6	36	8	32	40	7	39	5
8	40	7	35,5	8,5	33	40	9	39	4
9	40	8	35,5	8,5	34	40	5	40	4
10	40	9	38	6	35	40	7	34	10
11	30	5	42	2	36	40	9	34	8
12	30	6	39,5	4,5	Comp.
13	30	7	37,5	6,5	37	50	5	32	12
14	30	8	40	4	38	50	6	33	11
15	30	9	41	3	39	50	7	38	6
16	50	5	40	4	40	50	8	43,5	0,5
17	50	6	36,5	7,5	41	50	9	44	0
18	50	7	35	9	42	40	5	37	7
19	50	8	35	9	43	40	6	37	7
20	50	9	38,5	5,5	44	40	7	38	6
21	40	5	41,5	2,5	45	40	8	42,5	1,5
22	40	6	40	4	46	40	9	44	0
23	40	7	36	8	47	30	5	41,5	2,5
24	40	8	37,5	6,5	48	30	6	42	2
25	40	9	40,5	3,5	49	30	7	43	1
					50	30	8	44	0
					51	30	9	44	0
					Tem.			44	0

Revendications

1. Procédé de traitement d'une pâte papetière, notam­ment une pâte papetière à base de fibres recyclées, dans lequel on fait agir sur une suspension aqueuse de ladite pâte papetière présentant un degré Schopper-Riegler (SR), déterminé conformément à la norme NFQ 50 003 au moins égal à 25, en vue d'abaisser ce degré SR, une préparation enzymatique contenant des cellulases et/ou des hémicellulases, caractérisé en ce qu'on utilise une prépa­ration enzymatique contenant des enzymes choisies parmi celles dérivées du champignon Humicola insolens et de la bactérie Cellulomonas.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les enzymes utilisées sont obtenus à partir des souches référencées CBS 39 269, CBS 14 764, ATCC 16 454, ATCC 26 908, ATCC 34 627 pour le champignon Humicola insolens et UDA 8 200, FIMI 11 341, UDA 11 494 pour la bactérie Cellu­lomonas.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les enzymes utilisées sont obtenues à partir dès sou­ches référencées CBS 14 764 et UDA 11 494.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la préparation enzymatique est choisie parmi les pré­parations commercialisées sous les appellations Celluzyme ^R 1500 T et Celluzyme ^R 0,7 T.

5. Procédé selon une des revendications 1 à 3, carac­térisé en ce que la composition papetière traitée présente un pH compris entre 5 et 9.

6. Procédé selon une des revendications 1 à 5, carac­térisé en ce que la température de traitement est comprise entre 20 et 60°C.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la température de traitement est de 30°C environ.

8. Procédé de traitement d'une pâte papetière, notam­ment une pâte papetière à base de fibres recyclées, carac­térisé en ce qu'on utilise une préparation enzymatique présentant une activité maximale exprimée par rapport à l'abaissement du degré SR de la pâte papetière pour des valeurs de pH supérieures à 6.

9. Procédé pour l'amélioration de l'égouttabilité d'une composition papetière, caractérisé en ce qu'on traite la pâte papetière selon une des revendications 1 à 8.

Dessins