Procédé de fabrication de papier ou de non-tissé en milieu mousse

Abstract

 L'invention concerne un procédé de préparation d'une feuille de papier ou de non-tissé en milieu mousse.
Selon l'invention, l'agent tensio-actif utilisé, formant la mousse, est une composition comprenant de 40 à 100 % en poids d'une α-oléfine-sulfonate ayant 16 atomes de carbone et de 0 à 60 % en poids d'une ou plusieurs α-oléfine-sulfonates ayant au moins 10 atomes de carbone.
L'invention trouve application dans l'industrie papetière.

Description

[0001] L'invention concerne généralement un procédé de fabrication de papier ou de non-tissé en milieu mousse.

[0002] L'invention trouve application dans l'industrie papetière et plus particulièrement dans la fabrication des papiers domestiques et sanitaires.

[0003] Un procédé de fabrication de papier en milieu mousse est décrit dans la demande de brevet européen N° 0,481,746 au nom de James River Corporation of Virginia.

[0004] Ce procédé consiste à préparer une composition de fabrication à base de fibres sous la forme d'une dispersion de fibres moussante en mélangeant une suspension de fibres dans l'eau avec un liquide moussant comprenant un agent tensio-actif, former une nappe fibreuse sur une machine à papier, récupérer du liquide moussant, recycler une partie du liquide moussant récupéré pour la préparation de la composition de fabrication et traiter une autre partie du liquide moussant récupéré en séparant l'agent tensio-actif du liquide.

[0005] Plus précisément, cette demande de brevet a pour objet un procédé de récupération de l'agent tensio-actif à partir du liquide moussant qui a été récupéré au cours de la formation de la nappe fibreuse, en faisant décanter le liquide moussant, formant ainsi un liquide appauvri en agent tensio-actif qui ne comprend presque plus de bulles et une mousse enrichie en agent tensio-actif, et en séparant cette mousse enrichie en tensio-actif du liquide appauvri en tensio-actif.

[0006] Une large gamme d'agents tensio-actifs peut-être utilisée: des agents tensio-actifs non-ioniques, anioniques et cationiques appropriés pour la formation d'une nappe fibreuse et certains agents tensio-actifs amphotères.

[0007] Un procédé utilisant de tels agents tensio-actifs nécessite des installations lourdes et coûteuses de traitement du liquide moussant afin de récupérer l'agent tensio-actif pour, d'une part, rejeter une eau essentiellement exempte d'agent tensio-actif satisfaisant les règlements relatifs à la protection de l'environnement et pour, d'autre part, réutiliser l'agent tensio-actif dans le procédé.

[0008] En utilisant des α-oléfine-sulfonates comme agent tensio-actif dans le procédé de fabrication du papier en milieu mousse décrit précédemment, on constate que les α-oléfine-sulfonates ont un comportement différent en fonction de la longueur de leur chaîne carbonée.

[0009] On a découvert de ce fait que l'α-oléfine-sulfonate en C₁₆ (AOS - C16) présentait des caractéristiques surprenantes et très avantageuses. Ce composant se concentre beaucoup plus facilement dans la mousse qu'un agent tensio-actif classiquement utilisé, et l'on observe une séparation beaucoup plus rapide du liquide moussant en un liquide appauvri en agent tensio-actif et en une mousse enrichie en agent tensio-actif.

[0010] L'invention a pour but de faciliter la séparation de l'agent tensio-actif à partir du liquide moussant dans les procédés de fabrication du papier ou du non-tissé en milieu mousse, connus jusqu'alors, tout en diminuant la taille des installations de traitement du liquide moussant et de récupération de l'agent tensio-actif.

[0011] La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'une feuille de papier ou de non-tissé en milieu mousse, caractérisé en ce que l'agent tensio-actif utilisé, formant la mousse, est une composition comprenant de 40 à 100 % en poids d'une α-oléfine-sulfonate ayant 16 atomes de carbone et de 0 à 60 % en poids d'une ou plusieurs autres α-oléfine-sulfonates ayant au moins 10 atomes de carbone.

[0012] Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la composition précitée comprend entre environ 40 et environ 99 % en poids d'α-oléfine-sulfonate ayant 16 atomes de carbone et entre environ 1 et environ 60 % en poids d'α-oléfine-sulfonate ayant 14 atomes de carbone.

[0013] Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la teneur en gaz du liquide moussant préparé à partir de l'agent tensio-actif précité varie dans un intervalle d'environ 55 à 75 % en volume.

[0014] Le terme procédé "en milieu mousse" signifie ici un procédé de fabrication de papier ou de non-tissé par voie humide où l'eau est substituée par une solution aqueuse comprenant un agent tensio-actif formant une mousse.

[0015] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture détaillée de l'invention qui suit, en référence au dessin annexé dans lequel :
   - la figure unique représente schématiquement un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention suivant un mode de réalisation, reprenant la figure 1 simplifiée de la demande de brevet européen n° 0,481,746.

[0016] L'agent tensio-actif anionique utilisé dans l'invention est proposé, soit sous la forme pure d'α-oléfine-sulfonate ayant 16 atomes de carbone, soit sous la forme d'un mélange comprenant une α-oléfine-sulfonate ayant 16 atomes de carbone et une ou plusieurs autres α-oléfine-sulfonates ayant au moins 10 atomes de carbone dans une proportion respective de 40 à 99 % et 1 à 60 % en poids.

[0017] Les différentes α-oléfine-sulfonates (AOS) utilisables sont disponibles dans le commerce seules ou en mélange, par exemple chez WITCO, Houston, Texas, Etats-Unis et WITCO, Elbeuf, France.

[0018] L'AOS - C16, composant essentiel selon l'invention, est commercialisé par WITCO sous le nom WITCONATE AOS-16.

[0019] Ce composant est un sel de sodium et a pour formule :

        C₁₆ H₃₂ O₃ S.Na.

[0020] Il se présente sous la forme d'un liquide jaune clair de densité 1,01.

[0021] Par ailleurs, ce composant en C16 ne présente aucun risque de toxicité dans les effluents, aux concentrations de 3 à 5 ppm, et satisfait les conditions de biodégradabilité exigées.

[0022] De plus, l'agent tensio-actif résiduel dans le papier obtenu suivant le procédé selon l'invention, n'entraîne pas d'irritation de la peau pour les utilisateurs. Il a été déterminé que pour des teneurs en AOS - C16 au plus égales à 1700 mg/kg de papier, le produit obtenu par le procédé n'est pas irritant pour la peau.

[0023] Les avantages techniques et économiques que cet agent tensio-actif procure, ressortiront plus clairement de la description du procédé l'utilisant, en référence à la figure.

[0024] Ce mode de réalisation de l'invention n'est pas limitatif et toute autre mise en oeuvre d'un procédé de fabrication du papier en milieu mousse, peut-être envisagée.

[0025] Dans le procédé illustré ici, la machine à papier 10 correspond à une machine du type "crescent former" décrite dans le brevet américain No. 3 326 745. La partie humide formant la nappe comprend un feutre 11 perméable au liquide et une toile 12, du type utilisés dans la fabrication du non-tissé. La toile 12 est supportée par des rouleaux 18 et 19 qui sont positionnés avec le rouleau de tête 15 de manière à faire converger la toile 12 sur le feutre 11 au niveau du rouleau de tête suivant un angle précis par rapport au feutre 11. Le feutre 11 et la toile 12 se déplacent dans la même direction, à la même vitesse et dans la direction de rotation du rouleau de tête 15.

[0026] Dans cette machine, la toile 12 et le feutre 11 convergent à la surface supérieure du rouleau de tête 15 pour former un écartement ou lèvre à l'intérieur duquel on projette un jet d'une dispersion de fibres moussante provenant de la caisse de tête 20. Un système multijets (bi-ou-trijets) peut également être prévu pour la fabrication d'un produit stratifié.

[0027] La toile 12 est tendue de manière à passer au dessus du feutre 11 sur la surface du rouleau de tête 15, la dispersion de fibres moussante est pressée entre la toile 12 et le feutre 11 forçant le liquide à passer à travers la toile 12 dans le Bacholle 22 où le liquide moussant est récupéré. La nappe formée dans le procédé est transportée par le feutre 11 vers une presse aspirante 16 où elle est transférée vers le cylindre 26 d'un cylindre sécheur.

[0028] La nappe formant le papier est séchée, puis crépée par le couteau 27.

[0029] Le papier est récupéré sur le rouleau cylindre récepteur 28. Une partie de l'agent tensio-actif utilisé pour préparer le liquide moussant, reste dans le papier fabriqué.

[0030] Le liquide moussant, solution aqueuse comprenant l'agent tensio-actif est préparé et stocké dans le silo 30. Pour initier la formation de la mousse, on alimente le silo 30 en eau par la conduite 31. La concentration en agent tensio-actif dans le liquide moussant au niveau de la caisse de tête est de préférence dans l'intervalle d'environ 100 à environ 350 parties par million en poids.

[0031] Une teneur en gaz, ici en air d'environ 55 à 75 % en volume pour la mousse formée à partir de la composition de l'agent tensioactif comprenant l'AOS - C16, est prévue pour l'ensemble du procédé et en particulier au niveau de la caisse de tête.

[0032] La pâte à papier provenant de la cuve 36 est alimentée par la conduite 33 avec le liquide moussant dans la caisse de tête 20 au moyen d'une pompe à déplacement positif 32.

[0033] La formation de la mousse a lieu au moment de la projection de la composition de fabrication provenant de la caisse de tête au niveau de la lèvre, par la toile 12 et le feutre 11 sur la surface supérieure du rouleau de tête 15.

[0034] La pression de la toile 12 sur le feutre 11 et la force du liquide projeté entraînent l'écoulement du liquide moussant à travers la toile 12 dans le Bacholle 22.

[0035] Les forces produites par le rapprochement de la toile 12 sur le feutre 11, la vitesse linéaire et la force du jet sur la toile 12 produisent des forces de compression et de cisaillement sur le liquide, suffisantes pour entraîner le transport de l'air dans la toile et ses interstices générant ainsi la mousse contenant de 55 à 75 % en volume d'air.

[0036] Le liquide moussant récupéré dans le Bacholle 22, est réintroduit par la conduite 28 dans le silo 30 contenant le liquide moussant. Et l'excès de liquide moussant récupéré dans le Bacholle 22, est amené dans une unité de séparation du liquide 45 par la conduite 42. La décantation réalisée dans l'unité de séparation 45 conduit à la récupération d'une phase mousse enrichie en agent tensio-actif qui est séparée et récupérée par la conduite 47, à partir du liquide moussant introduit dans l'unité de séparation du liquide 45. Une phase liquide appauvrie en agent tensio-actif est alors séparée de la phase mousse enrichie en agent tensio-actif et est récupérée par la conduite 56.

[0037] En utilisant dans le procédé comme agent tensio-actif un mélange d'α-oléfine sulfonate en C₁₆ et d'α-oléfine sulfonate en C₁₄ (Mélange procédé), on a pu déterminer des taux de récupération et des facteurs d'enrichissement pour différents composants de l'agent tensio- actif, au niveau de l'unité de séparation du liquide 45. Pour ce faire, on a analysé les mousses et les liquides contenant l'agent tensio-actif, par chromatographie ionique, technique permettant de séparer quantitativement plusieurs fractions dont :

• un isomère d'α-oléfine-sulfonate en C₁₄ (Fraction C₁₄) ;
• un mélange isomère d'α-oléfine-sulfonate en C₁₄ et C₁₆ (Fraction C₁₄-C₁₆)
• un isomère d'α-oléfine-sulfonate en C₁₆ (Fraction C₁₆).

[0038] Les analyses ont été réalisées au moyen d'un appareil DIONEX 4500 avec pré-colonne et colonne MPIC 10 µ.

[0039] La détection se fait par conductivité après suppression chimique de l'éluant par l'intermédiaire d'une membrane semi-perméable. On utilise comme gradient de concentration, l'acétonitrile. Et comme éluant, on emploie de préférence une solution d'hydroxyde d'ammonium.

[0040] Le taux de récupération de l'agent tensio-actif dans la mousse est défini par la formule :

Q2 :

quantité d'agent tensio-actif récupéré en kg/h

Q1 :

quantité d'agent tensio-actif entrant en kg/h

[0041] Le facteur d'enrichissement en agent tensio-actif au niveau de la phase mousse est défini par le rapport :

C2 :

concentration d'agent tensio-actif récupéré en ppm

C1 :

concentration d'agent tensio-actif entrant en ppm

[0042] Les résultats sont donnés dans le Tableau I ci-après.

TABLEAU I

Agent tensio-actif	Taux de récupération %	Facteur d'enrichissement
Mélange procédé	30,6	9,2
Fraction C₁₄	11,2	3,6
Fraction C₁₄-C₁₆	30,4	11,3
Fraction C₁₆	50,1	20,3

[0043] On constate que les taux de récupération et facteur d'enrichissement sont nettement plus élevés pour l'isomère C₁₆ que pour l'isomère C₁₄. On peut donc penser qu'en utilisant comme agent tensio-actif, une composition riche en isomère C₁₆, on pourra diminuer la taille de l'unité de séparation 45.

[0044] A la sortie de l'unité de séparation 45, la phase mousse enrichie en AOS - C16, brisée dans l'unité 48 est ensuite recyclée dans le silo 30 pour la préparation de la composition de fabrication.

[0045] La phase liquide appauvrie en agent tensio-actif à la sortie de l'unité de séparation du liquide 45 est amenée par la conduite 56 à une unité de récupération de l'agent tensio-actif.

[0046] On récupère également du liquide moussant lors de l'égouttage qui a lieu au cours de la fabrication de la nappe fibreuse, au niveau de la presse aspirante 16 ou encore de la caisse aspirante 84, au moyen d'un collecteur 82. Ce liquide moussant est ensuite alimenté dans l'unité de récupération du tensio-actif 55 au moyen de la conduite 86 qui rejoint la conduite 56 d'amenée de liquide moussant déjà appauvri en tensio-actif, provenant de l'unité de séparation du liquide 45.

[0047] L'unité 55 comprend des moyens spécifiques 60 pour introduire du gaz ou de l'air afin de générer de la mousse à partir du liquide moussant introduit dans cette unité de séparation 55.

[0048] Ces moyens ou aérateurs 60 sont du type de ceux décrits dans la demande de brevet européen N° 0,481,746 au nom de James River Corporation of Virginia.

[0049] La mousse formée est récupérée par la conduite 64 et est brisée dans l'unité 65, puis l'agent tensio-actif est recyclé dans le silo 30 par la conduite 51.

[0050] Le liquide résultant encore plus appauvri en agent tensioactif est récupéré dans la conduite 68 et peut être à nouveau traité par une autre unité de récupération 69 de l'agent tensioactif, montée en série avec la première unité.

[0051] Deux à cinq unités de récupération peuvent être ainsi montées en série.

[0052] Des analyses ont été réalisées sur une installation industrielle comportant cinq unités de récupération : A, B, C, D et E en série, en utilisant le même agent tensio-actif et la même méthode d'analyse que l'étude effectuée sur l'unité de séparation du liquide 45 et décrite précédemment.

[0053] Les résultats sont rapportés dans le tableau II ci-après. Le taux de récupération (I) de la première colonne relative au taux de récupération est donné pour une unité seule A, B, C, D ou E.

[0054] Et le taux de récupération (II) de la seconde colonne relative au taux de récupération, correspond au taux des unités cumulées. En d'autres termes, par exemple pour l'unité C, le taux de récupération (II) correspond au taux calculé sur l'ensemble des unités A, B et C.

TABLEAU II

Unité de récupération	Agent tensio-actif	Taux de récupération I	Taux de récupération II	Facteur d'enrichissement
A	Mélange Procédé	25,2		5,5
	Fraction C₁₄	12,6		2,7
	Fraction C₁₄-C₁₆	28,0		3,3
	Fraction C₁₆	41,3		5,1
B	Mélange Procédé	26,3	44,9	14,4
	Fraction C₁₄	16,4	26,9	9,1
	Fraction C₁₄-C₁₆	29,6	49,3	16,7
	Fraction C₁₆	36,5	62,7	15,0
C	Mélange Procédé	24,4	58,3	24,8
	Fraction C₁₄	23,9	44,3	24,1
	Fraction C₁₄-C₁₆	37,3	68,3	20,3
	Fraction C₁₆	19,9	70,2	16,0
D	Mélange Procédé	28,3	69,3	50,1
	Fraction C₁₄	29,4	60,7	74,1
	Fraction C₁₄-C₁₆	42,7	81,8	40,7
	Fraction C₁₆	28,0	78,5	24,8
E	Mélange Procédé	26,7	77,5	39,0
	Fraction C₁₄	32,0	73,3	70,8
	Fraction C₁₄-C₁₆	51,2	91,1	47,5
	Fraction C₁₆	37,5	86,6	32,4

[0055] On constate que les taux de récupération et les facteurs d'enrichissement sont plus élevés pour la fraction C₁₆ et la fraction C₁₄-C₁₆, surtout pour les deux premières unités de récupération.

[0056] On peut aussi observer que le taux de récupération de la fraction C₁₄ devient plus important à partir de l'unité C puis augmente de plus en plus jusqu'à l'unité E. En effet, la fraction C₁₆ a été en grande partie déjà récupérée dans les deux premières unités.

[0057] On peut également remarquer que l'on a un taux de récupération (II) de la fraction C₁₆ d'environ 70 % à la sortie de l'unité C, (70,2 %) alors qu'un taux de récupération (II) de la fraction C₁₄, sensiblement identique, ne se retrouve qu'à la sortie de l'unité E (73,3 %).

[0058] On a effectué des essais comparatifs de récupération sur un pilote correspondant aux unités de récupération, en utilisant d'une part comme agent tensio-actif un mélange d'α-oléfine-sulfonate en C₁₄ et d'α-oléfine-sulfonate en C₁₆, et d'autre part, une α-oléfine-sulfonate en C₁₆, pure.

[0059] Dans des conditions de fonctionnement identiques, la concentration en agent tensio-actif, dans le liquide à la sortie des unités de récupération est pour les deux agents tensio-actifs inférieure à 3 ppm, et l'agent tensio-actif, α-oléfine-sulfonate en C₁₆, récupéré dans la mousse est 2,5 fois plus concentré que l'agent tensio-actif sous forme de mélange.

[0060] De plus, la quantité d'α-oléfine-sulfonate en C₁₆ récupérée est supérieure à 65 % au maximum possible sur cette unité en utilisant l'agent tensio-actif sous forme de mélange.

[0061] Par conséquent, il est possible de modifier les conditions de fonctionnement de l'ensemble des unités de récupération en utilisant comme agent tensio-actif l'α-oléfine-sulfonate en C₁₆, par exemple en limitant le nombre d'unités de récupération.

[0062] On gagne ainsi de l'espace dans les installations industrielles par l'élimination d'unités de récupération de l'agent tensio-actif, ce qui procure un avantage non négligeable dans la fabrication de papier en milieu mousse.

[0063] L'eau récupérée à la sortie des unités de récupération a une concentration en AOS - C16 très faible, au plus égale à environ 3 ppm et peut être alors rejetée ou réutilisée, n'ayant plus aucun caractère moussant.

[0064] L'utilisation de l'AOS - C16 facilite donc nettement le traitement du liquide moussant pour la récupération et le recyclage de l'agent tensio-actif.

[0065] Le procédé selon l'invention a été testé sur un appareil pilote à vitesse élevée.

[0066] La machine a une configuration "crescent former". La vitesse du cylindre sécheur est de 609,6 m/mn. Et le papier obtenu a un grammage d'environ 30 g/m².

[0067] De l'AOS - C16 pure a été utilisée comme agent tensio-actif. Deux types de feuille ont été fabriqués. Un premier type de feuille stratifiée de grammage lourd comporte des couches externes et internes de composition fibreuse différente. Un second type de feuille stratifiée de grammage plus léger comporte une structure similaire.

[0068] Aucun problème de fonctionnement relatif à l'utilisation de l'AOS - C16, sur l'appareil pilote, a été rencontré.

[0069] La teneur en air dans la caisse de tête est d'environ 62 % en volume tout au long de l'essai.

[0070] Les concentrations en AOS ont été relevées.

[0071] Dans la caisse de tête, la concentration en AOS - C16 est de 210 ppm pour une teneur en air de 62% en volume.

[0072] Dans la conduite d'alimentation en liquide moussant, de l'unité de séparation du liquide, la concentration en AOS - C16 est de 151 ppm - A la sortie de cette unité, la concentration en AOS - C16 du liquide appauvri en tensio-actif est de 88 ppm alors que celle de la mousse enrichie en tensio-actif est de 990 ppm. La concentration en AOS - C16 du liquide alimenté dans l'unité de récupération du tensio-actif, est quant à elle de 29 ppm et enfin, la concentration en AOS - C16 à la sortie de cette dernière unité est de 3,4 ppm.

[0073] On peut observer une différence entre la concentration en AOS - C16 de la caisse de tête et la concentration en AOS - C16 du liquide moussant à l'entrée de l'unité de séparation du liquide. Cette différence, combinée à la relativement faible teneur en air du tensio-actif recyclé, indique que les mousses formées à partir de l'AOS - C16 décantent plus facilement et sont plus facilement brisées que des mousses formées à partir d'agents tensio-actifs classiques.

[0074] On peut noter également que la concentration en AOS - C16 de la mousse enrichie en tensio-actif à la sortie de l'unité de séparation du liquide est très importante.

[0075] La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et comprend tous les équivalents techniques à la portée de l'homme du métier.

Revendications

1) Procédé de fabrication d'une feuille de papier ou de non-) tissé en milieu mousse, caractérisé en ce que l'agent tensio-actif utilisé, formant la mousse, est une composition comprenant de 40 à 100 % en poids d'une α-oléfine-sulfonate ayant 16 atomes de carbone et de 0 à 60 % en poids d'une ou plusieurs autres α-oléfine-sulfonates ayant au moins 10 atomes de carbone.

2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la composition précitée comprend entre environ 40 et environ 99 % en poids d'α-oléfine- sulfonate ayant 16 atomes de carbone et entre environ 1 et environ 60 % en poids d'α-oléfine-sulfonate ayant 14 atomes de carbone.

3) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur en gaz du liquide moussant préparé à partir de l'agent tensio-actif précité varie dans un intervalle d'environ 55 à 75 % en volume.

Dessins