Matières premières et additifs pour la production de papier

Procédé de fabrication du papier

Le processus de production du papier comprend plusieurs étapes. La première étape consiste à fragmenter et à purifier la pâte, qui peut être d’origine primaire (bois) ou secondaire (papier usagé). La principale source de fibres de cellulose est le bois, obtenu en scierie sous différentes formes : grumes, copeaux ou sciure.

À l’étape suivante, la matière fibreuse subit un traitement supplémentaire pour être transformée en pâte, elle-même transformée en papier. La production de pâte peut être assurée par des procédés mécaniques ou chimiques. Dans le procédé de fabrication de pâte chimique, on utilise généralement un alcali (par exemple, de l’hydroxyde de sodium sous forme de lessive ou de soude caustique ) pour éliminer la lignine qui lie les fibres.

L’utilisation d’antimousses à chaque étape de la production de papier est également cruciale. Ces substances sont utilisées dans le processus de fabrication de tous types de produits papetiers. La mousse est créée par le mélange de gaz avec de la pâte de cellulose et y est retenue grâce à la présence de tensioactifs. Les produits du groupe PCC peuvent être utilisés avec succès pour éliminer la mousse produite lors des étapes suivantes de la production de papier. Il s’agit notamment des copolymères séquencés EO/OP ( ROKAmer ) et d’une série d’ alcools gras alcoxylés ( ROKAnol LP ). Leur grande efficacité pour éliminer la mousse et prévenir sa formation permet d’améliorer l’efficacité des étapes technologiques ultérieures.

Méthodes chimiques de réduction en pâte

Les procédés de fabrication de pâte chimique utilisent principalement divers réactifs chimiques et la chaleur pour ramollir la lignine. Celle-ci est alors dissoute puis raffinée mécaniquement pour séparer les fibres. En pratique, deux procédés de fabrication de pâte chimique différents sont utilisés.

Le premier procédé est la fabrication de pâte kraft , également appelée procédé au sulfate. Il s’agit actuellement de la technologie dominante : environ 80 %de la production mondiale de pâte est traitée selon cette méthode. La fabrication de pâte kraft est devenue la méthode la plus couramment utilisée pour plusieurs raisons. Les fibres traitées au sulfate présentent une meilleure durabilité que celles obtenues avec d’autres technologies disponibles. De plus, ce procédé peut être utilisé pour tous les types de bois et permet une récupération efficace des matières premières chimiques utilisées.

Le procédé kraft consiste à mélanger des copeaux de bois avec de la liqueur blanche (une solution aqueuse d’ hydroxyde de sodium et de sulfure de sodium). Sous pression et température élevées, cette solution dissout la lignine, libérant ainsi les fibres cellulosiques. Une fois la réaction de digestion terminée, on obtient une liqueur noire et de la pâte de cellulose. Cette liqueur contient des substances organiques dissoutes qui sont récupérées et peuvent être réutilisées dans le procédé chimique. La lignine est extraite de la masse par délignification à l’oxygène (en présence d’oxygène et d’hydroxyde de sodium). Le matériau ainsi obtenu est blanchi afin d’obtenir les propriétés souhaitées, telles que la résistance, la brillance et la pureté du produit final.

Le deuxième procédé de digestion chimique est le procédé au sulfite . Il consiste à utiliser une solution aqueuse de dioxyde de soufre en présence d’alcalis (calcium, magnésium, sodium et ammonium). Les produits obtenus par ce procédé sont plus légers et plus faciles à blanchir, mais leur résistance est bien inférieure à celle de la pâte au sulfate, plus fréquemment utilisée. Le procédé au sulfite exige également une sélection rigoureuse de la matière première bois ; cette méthode est intolérante, notamment pour le pin. Comparé à la pâte kraft, le procédé au sulfite est plus efficace, produit moins de gaz désagréables et permet d’obtenir une pâte très légère, facilement lixiviable. Malheureusement, en raison de la moindre qualité des fibres, de la consommation énergétique plus élevée et de la faible récupérabilité des matières premières chimiques utilisées, la technologie au sulfite a été remplacée par le procédé kraft.

Méthodes mécaniques de réduction en pâte

La fabrication de pâte mécanique permet d’obtenir un rendement très élevé en pâte à partir du bois. Les principaux procédés utilisés à l’échelle industrielle sont la fabrication de pâte à la meule de pierre (SGW), la fabrication de pâte thermomécanique (TMP) et la fabrication de pâte chimico-thermomécanique (CTMP).

La pâte mécanique est obtenue par abrasion du bois sur pierre à pression atmosphérique. Le bois (préalablement écorcé) est réduit en pâte à la pierre, puis lavé à l’eau. La masse ainsi obtenue est séchée dans des hydrocyclones, puis transportée vers le compacteur. À l’étape suivante, la masse de bois dense est transportée vers la cuve et l’eau de circulation (filtrat) est recyclée vers l’usine de pâte. Lors de la production de pâte à partir de bois transformé, des substances résineuses sont libérées, qui s’agglomèrent facilement et forment des sédiments sur le broyeur ou les parois internes des canalisations. Elles encrassent souvent la surface de la pierre, ce qui altère ses propriétés abrasives. Pour éliminer ces « problèmes de résine », divers agents chimiques sont utilisés. Les agents les plus couramment utilisés sont les dispersants, conçus pour disperser les dépôts formés et faciliter leur élimination ultérieure. Les produits des gammes ROKAcet et ROKAfenol sont d’excellents dispersants destinés à l’industrie papetière. Outre leurs propriétés dispersantes, ces produits peuvent agir comme agents nettoyants, émulsifiants et agents anti-électrostatiques. Les ROKAfenols sont parfaits pour les processus d’émulsification et de détachage de la pâte à papier et de la cellulose. Le ROKAcet R40W, quant à lui, possède des propriétés adoucissantes et peut être utilisé dans les industries du textile, du cuir et du papier.

L’amélioration de la méthode SGW est la réduction en pâte thermomécanique (TMP). Dans ce procédé, les copeaux de bois sont d’abord lavés pour éliminer le sable, les pierres et autres impuretés dures, puis chauffés à la vapeur sous pression accrue, puis réduits en pâte dans un broyeur à disques. À l’étape suivante, la masse est transportée vers la cuve, où elle est redressée et les fibres sont éliminées. Enfin, elle est dirigée vers le réservoir de stockage. Afin de réduire la quantité de résines nocives formées lors du procédé TMP, des produits chimiques similaires à ceux du procédé SGW sont utilisés. La masse ainsi obtenue est généralement utilisée pour la production de papier journal.

Le procédé CTMP combine le procédé TMP et l’imprégnation chimique des copeaux. Dans un premier temps, les copeaux sont lavés et tamisés, puis imprégnés. Des solutions chimiques adaptées sont utilisées selon le type de bois. Le sulfate de sodium est généralement utilisé pour les résineux, tandis que les peroxydes alcalins sont généralement choisis pour les feuillus. Une fois l’imprégnation terminée, les copeaux sont chauffés et mélangés à de l’eau, ce qui dissout les liaisons lignine et libère les fibres. Le procédé CTMP permet d’obtenir une pâte propre, présentant une résistance suffisante et des propriétés optiques appropriées. Le CTMP est principalement utilisé pour la production de composants fibreux de pâte à papier, destinés à la production de papiers d’impression et d’hygiène.

Flottation et blanchiment

L’étape suivante du traitement de la pâte à papier est le désencrage, associé à l’élimination mécanique des impuretés. Dans la production de papier, le paramètre le plus important est la couleur (la blancheur pour le papier d’impression). C’est pourquoi le papier recyclé doit être soigneusement débarrassé de l’encre d’impression. La condition essentielle pour son élimination est de libérer les particules de peinture des fibres et de les maintenir dispersées. Les particules d’encre finement divisées sont ensuite séparées de la suspension fibreuse. Cette séparation repose généralement sur les différences de propriétés physiques des matériaux, comme le poids spécifique des substances indésirables par rapport aux fibres et à l’eau. Les impuretés plus grosses, telles que les pièces métalliques (agrafes), les pierres et le sable, étant éliminées dès l’étape de défibrage, les procédés de flottation sont très souvent utilisés pour les impuretés fines.

Le blanchiment est un procédé complémentaire fréquent, utilisé pour les produits exigeant une grande pureté et dont le jaunissement est indésirable (par exemple, les papiers d’écriture et d’impression). L’hypochlorite de sodium est une substance très répandue pour le blanchiment. Il peut également être utilisé pour la production de carboxyméthylcellulose (CMC) à partir de sciure. Une solution d’hydroxyde de sodium etde l’acide chloroacétique (AMCA) sont également utilisés dans ce procédé. Le blanchiment implique l’utilisation de produits chimiques appropriés, ajoutés directement au dispersant pour augmenter la blancheur de la pâte. Le type de fibres utilisé et les propriétés finales souhaitées du produit ont une grande influence sur le degré de blanchiment de la pâte. Les pâtes contenant des matériaux à haute densité sont difficiles à blanchir et nécessitent des doses élevées de produits chimiques. Les eaux usées des installations de blanchiment, avant recyclage, nécessitent l’utilisation de plusieurs agents chimiques destinés à réduire leur formation de mousse, leur corrosivité ou leur incrustation. Les produits du Groupe PCC, tels que les ROKAmers , sont parfaitement adaptés aux procédés où la formation de mousse des eaux usées et des eaux technologiques se produit. Les produits ROKAmer sont des copolymères séquencés d’oxyde d’éthylène et de propylène. Ils réduisent la tension superficielle entre le liquide et l’air, améliorant ainsi le drainage de la mousse, ce qui entraîne sa réduction.

Traitement final de la pâte à papier

Après les processus de dissolution, de flottation et de blanchiment, la pâte de cellulose finie est transformée en pâte à papier, utilisée ensuite pour la production de papier. Ce procédé comprend plusieurs étapes :

1. mélange de la pâte de cellulose,
2. formation de dispersion de pâte dans l’eau,
3. raffinage,
4. introduction des ajouts nécessaires.

Les additifs sont utilisés pour fabriquer des produits en papier aux propriétés particulières (appelés papiers spéciaux) ou pour améliorer le procédé de fabrication. Les additifs les plus courants sont :

1. résines et cires pour l’hydrophobisation,
2. charges, telles que par exemple les argiles, le talc et la silice,
3. colorants inorganiques et organiques,
4. composés inorganiques améliorant la structure, la densité, la brillance et la qualité de l’impression (par exemple, le dioxyde de titane, le sulfate de calcium et le sulfure de zinc),
5. e) Émulsifiants et agents nettoyants. Le Groupe PCC propose la gamme de produits ROKAcet qui remplit ces deux fonctions. Grâce à leur structure, ils peuvent également être utilisés dans l’industrie papetière comme agents peu moussants et adoucissants.

Lors de l’étape finale, la masse est transformée en papier à l’aide de machines spéciales. Une fois le processus terminé, le papier est enroulé pour le protéger des dommages et de la saleté. Le laminé PE-papier est le plus couramment utilisé pour l’emballage du papier. Ce type d’emballage offre une excellente protection contre les dommages mécaniques, la poussière et l’humidité. Son principal avantage est également son intégralité recyclable.