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(2002-2005)
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Chercheurs du LGP2 (EFPG, INPG, CNRS, CTP)
(Novembre 2006)
 
Documents extraits du
"Rapport d'activité scientifique du Laboratoire de Génie des Procédés Papetiers  - UMR 5518
Grenoble - France
Janvier 2002 - Novembre 2005"

II - Chimie des procédés

II - 3 - Comportement des mélanges de pâtes papetières chimiques et mécaniques lors de traitements par le peroxyde d’hydrogène en présence d’oxygène. Application au blanchiment des fibres recyclées.
Nathalie Marlin, Dominique Lachenal, L. Magnin, Marie-Christine Brochier-Salon

Le développement de l’utilisation de vieux papiers et plus récemment l’apparition de pâtes marchandes de fibres recyclées ont été rendus possible par les progrès réalisés dans le domaine du désencrage. Cependant, produire des fibres cellulosiques de qualité pose encore de nombreux problèmes et notamment celui du blanchiment : élimination des colorants, blanchiment des fibres de pâte mécanique, des fibres brunes d'enveloppes kraft, élimination des encres, etc.
Le procédé classique de blanchiment des pâtes de fibres recyclées utilise le peroxyde d’hydrogène (stade P), dont l’efficacité est cependant limitée. De nombreux auteurs ont suggéré que l’introduction d’oxygène dans un stade au peroxyde d’hydrogène permettrait d’améliorer le blanchiment (stade (OP)). Afin d’évaluer l’effet de l’oxygène sur les différents constituants d’une pâte cellulosique, des modèles de pâte composés de mélanges de fibres de différentes natures – pâte mécanique, pâte chimique – ont été blanchis dans des conditions variables. Si l’oxygène est efficace dans le cas de mélanges contenant de la pâte kraft écrue (jusqu’à 9 points de gain de blancheur par addition d’oxygène), l’intérêt est plus limité dans le cas de fibres de pâte mécanique (1 point de gain de blancheur au maximum). Par comparaison à la lignine de la pâte chimique, la faible réactivité de la lignine de la pâte mécanique avec l’oxygène s’explique par la différence de nature chimique entre les deux lignines, dont l’analyse a été effectuée : groupements phénoliques libres et carboxyliques, analysés par spectroscopie RMN 13C, et groupements quinoniques analysés par RMN 19F.

  TMP
lignin
TMP-O
lignin
K
lignin
K-O
lignin
Phenolic groups 0.23 0.07 0.55 0.33
COOH 0.005 0.24 0.08 0.35
Quinone 0.010 0.016 0.056 0.052

Tableau 1 - Principaux groupements fonctionnels dans les lignines extraites de différentes pâtes
TMP = pâte thermomécanique,
TMP-O = pâte TMP traitée à l’oxygène (stade O),
K = pâte chimique écrue (kraft),
K-O = pâte chimique écrue(kraft) traitée par l’oxygène (stade O)
Exprimé en mole/ 200g de lignine (précision 10%)

La lignine de la pâte mécanique est caractérisée par une faible teneur en groupes phénoliques libres [Tableau 1]. L’oxygène crée moins de fonctions carboxyle sur la lignine de pâte mécanique que sur la lignine de pâte kraft. Ceci, ajouté au fait que la lignine de pâte mécanique est de masse moléculaire très élevée (mesurée par chromatographie d’exclusion stérique), expliquerait le faible effet délignifiant de l’oxygène. L’analyse fait également apparaître que le traitement de la pâte mécanique par l’oxygène génère des groupements quinoniques colorés, ce qui pourrait expliquer le faible effet décolorant de l’oxygène dans le stade P. Des essais complémentaires indiquent que la coloration de la pâte TMP au cours d’un traitement O est due à l’effet de la soude sur la lignine et non à celui de l’oxygène.
En conséquence, contrairement à ce qui a été observé dans le cas des fibres riches en lignine de pâte chimique, l’oxygène n’apporte aucun effet positif complémentaire à celui du peroxyde d’hydrogène dans le cas de fibres contenant de la lignine de pâte mécanique, proche de la lignine de bois. Les pâtes de fibres recyclées contenant souvent des papiers teintés, le peroxyde d’hydrogène a également été employé pour blanchir des pâtes colorées. Les résultats montrent que le blanchiment alcalin au peroxyde d’hydrogène, avec ou sans oxygène, est peu efficace ; alors qu’utilisé en milieu acide et en présence de fer, la décoloration est fortement améliorée. Enfin, des essais de blanchiment au peroxyde d’hydrogène en milieu alcalin et en présence ou l’absence d’oxygène ont été conduits sur des pâtes désencrées industrielles. Il est à nouveau confirmé que l’introduction d’oxygène dans un stade de blanchiment P est bénéfique lorsque la matière première contient peu de pâte mécanique. Dans le cas contraire, l’intérêt de l’oxygène est plus limité.

  Brightness gain (%)
  DIP wood-free +10% PK DIP wood-containing +10% PK
NaOH (%) P (OP) P (OP)
0.5 8.5 10.2 5.5 6.2
1 10.4 12.3 5.4 6.0
1.5 9.9 12.6 - -

Tableau 2 - Gain de blancheur obtenu après un stade P ou (OP)
appliqué sur une pâte désencrée industrielle (DIP)
contaminée avec de la pâte chimique écrue
*PK= unbleached chemical pulp

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