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Vous êtes ici : Accueil > La technique > Procédés > Rapport d'activité scientifique du LGP2 > Physique des structures fibreuses > Physico-chimie de la partie humide           Révision : 26 Février 2007
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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"

III - Physique des structures fibreuses

III - 4 - Physico-chimie de la partie humide

Elisa Zeno, Jérôme Da Silva Mourao, Bruno Carré, Evelyne Mauret

Les recherches menées dans l’équipe sur ce thème traitent de l’utilisation des additifs en partie humide, c’est-à-dire des produits ajoutés au cours des différentes étapes d’élaboration de la suspension fibreuse.
Ces additifs peuvent être regroupés en deux classes.

Une bonne gestion de ces additifs est donc un moyen d’accroître à la fois la productivité de la machine et les propriétés des papiers. Néanmoins, le recyclage presque total des eaux d’égouttage et l’utilisation de certaines pâtes contribuent largement à une augmentation de la concentration en espèces dissoutes et colloïdales dans les eaux du procédé. Ainsi, les pâtes désencrées et les substances perturbatrices qui y sont associées diminuent généralement l’efficacité des additifs. C’est dans ce contexte qu’une thèse faisant l’objet d’une convention CIFRE avec le Centre Technique du Papier a été menée pour étudier l’effet de l’utilisation de pâtes désencrées sur l’efficacité des agents de rétention et de "collage" interne du papier.

Caractérisation des pâtes, des papiers et des substances relarguées : effet du procédé de désencrage

Les principaux problèmes liés à l’utilisation de pâtes désencrées proviennent de la présence de substances perturbatrices associées à ces pâtes et dont la quantité dépend à la fois de la conduite du désencrage et de la nature des pâtes.
L’effet des conditions de désintégration de la pâte (en milieu neutre ou alcalin) et de blanchiment (au peroxyde d’hydrogène ou à l’hydrosulfite de sodium) sont étudiés pour une pâte délignifiée (kraft) et pour une pâte thermo-mécanique ainsi que pour différents types de papiers. Le relargage de substances dissoutes et colloïdales – SDC – par les pâtes et les papiers augmente lorsque les pâtes sont traitées en milieu alcalin, mais surtout au cours de l’étape de blanchiment, avec un effet particulièrement marqué des agents oxydants. Les pâtes kraft relarguent très peu de composés en comparaison des pâtes thermo-mécaniques. Les papiers présentent les mêmes comportements : le relargage est nettement plus important pour les papiers fabriqués à partir de pâte mécanique. Il faut par ailleurs noter que ce relargage est fortement amplifié lorsque les papiers sont imprimés et enduits.
Un résultat intéressant est lié au fait que beaucoup des produits relargués sont des tensio-actifs et que les quantités relarguées dépendent du type de papier [Figure1].

Tension de surface dynamique, pâte kraft, papier couché ou non, repulpage, blanchiment
Figure 1 - Tension de surface dynamique de la phase aqueuse pour une pâte kraft
et un papier couché ou non après repulpage et blanchiment

Effet des substances perturbatrices sur les agents de rétention et d’égouttage classiques

L’effet des SDC relarguées par les pâtes est étudié sur plusieurs systèmes de rétention à base d’oxyde de polyéthylène, de polyacrylamide cationique et d’amidon cationique. Pour cela, des sels de calcium et des tensio-actifs (acides gras anioniques et tensio-actifs non ioniques) sont ajoutés à des pâtes modèles vierges (pâtes kraft et thermo-mécanique). L’étude des interactions entre les contaminants et les agents de rétention et d’égouttage permet une meilleure compréhension des phénomènes mis en jeu.
Par exemple, la complexation entre l’amylopectine – principal constituant de l’amidon – et l’oléate de sodium est mise en évidence par suivi de la tension superficielle d’une solution aqueuse de tensio-actifs [Figure 2]. Des mesures de quantités d’amidon adsorbées par de la cellulose microcristalline en présence et en absence d’oléate de sodium montrent que la réaction de complexation entre l’amylopectine et l’oléate de sodium et l’adsorption d’amylopectine par la cellulose sont des réactions concurrentes.
Dans ce cas particulier, l’addition de polychlorure d’aluminium dans la suspension fibreuse permet de limiter fortement l’effet négatif des tensio-actifs ioniques sur l’efficacité des agents de rétention.

Tension de surface, oléate de sodium (NaOl), amylopectine
Figure 2 - Baisse de la tension de surface d’une solution d’oléate de sodium (NaOl)
en fonction de sa concentration, en absence ou en présence d’amylopectine
cationique (CA) à deux concentrations et pour un degré de substitution (DS) donné.

Effet des substances perturbatrices sur le "collage" interne

L’utilisation des pâtes désencrées a également un effet négatif sur le "collage" à l’AKD (alky cétène dimère). Des mesures d’angle de contact montrent que les liquides s’étalent à la surface de papiers contenant des taux important d’agent de "collage", dès que des acides gras sont présents [Figure 3].
D’après des essais complémentaires, il semble que la quantité d’AKD retenu dans la feuille ne soit pas affectée par la présence d’oléate de sodium. C’est en revanche la quantité d’AKD ayant réagi avec la cellulose qui diminue fortement si des tensio-actifs sont présents. Là encore, le polychlorure d’aluminium permet de rétablir un niveau correct de "collage" du papier.
Ce travail se poursuit dans le cadre d’une nouvelle thèse, dont l’objectif est d’étudier de façon plus précise l’effet de l’utilisation de certaines pâtes (pâtes désencrées, pâtes à haut rendement…) sur l’efficacité du "collage" interne et de mieux comprendre les interactions mises en jeu et les mécanismes correspondants.

Angle de contact, papiers collés, oléate de sodium
Figure 3 - Angle de contact en fonction du temps pour des papiers collés
avec différentes quantités d’AKD (0.75, 1.5 et 3.75 kg/tonne)
en présence ou non d’oléate de sodium (10-4 M) – [Ca2+] = 150 mg/L
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