Le papier a parcouru un long chemin avant d'être fabriqué sous la forme que nous connaissons aujourd'hui. Inventé en Chine, il a été dès le début un important vecteur d'information. À l'époque, on utilisait des fibres de soie et de lin pour sa production.
Procédé de fabrication du papier
Le processus de fabrication du papier se compose de plusieurs étapes. Dans la première étape, la fragmentation et la purification de la pâte ont lieu, qui peut être d’origine primaire (bois) ou secondaire (papier usagé). La principale source de fibres de cellulose est le bois obtenu dans les scieries sous plusieurs formes, par exemple sous forme de grumes, de copeaux de bois ou de sciure.
À l’étape suivante, la matière fibreuse subit un traitement supplémentaire, où elle est transformée en pâte, qui est ensuite transformée en papier. La production de pâte peut être effectuée par des méthodes mécaniques ou chimiques. Dans le processus de réduction en 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. Les substances anti-mousse sont utilisées dans le processus de fabrication de tous les types de produits en papier. La mousse est créée en mélangeant des gaz avec de la pâte de cellulose et y est retenue en raison de la présence de tensioactifs. Les produits de l’offre 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/PO ( ROKAmer ) et d’une série d’ alcools gras alcoxylés ( ROKAnol LP ). Leur grande efficacité dans l’élimination de la mousse et dans la prévention de sa formation permet d’améliorer l’efficacité des étapes technologiques ultérieures.
Méthodes chimiques de réduction en pâte
Les procédés de fabrication de pâte chimique consistent principalement à utiliser divers réactifs chimiques ainsi que de la chaleur pour ramollir la lignine. En conséquence, elle est dissoute puis raffinée mécaniquement pour séparer les fibres. En pratique, deux procédés de fabrication de pâte chimique différents sont utilisés.
Le premier d’entre eux est le procédé de fabrication de pâte kraft , également connu sous le nom de procédé au sulfate. Actuellement, il s’agit 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 en raison de plusieurs facteurs. Les fibres traitées au sulfate ont une meilleure durabilité par rapport à celles obtenues grâce aux autres technologies disponibles. De plus, il peut être utilisé pour tous les types de bois, et le procédé lui-même permet une récupération efficace des matières premières chimiques utilisées.
Le procédé kraft consiste à combiner des copeaux de bois avec de la liqueur blanche (il s’agit d’une solution aqueuse d’ hydroxyde de sodium et de sulfure de sodium). Dans des conditions de pression et de température élevées, cette solution dissout la lignine, libérant des fibres cellulosiques. Une fois la réaction de digestion terminée, on obtient une liqueur noire et de la pulpe de cellulose. La liqueur contient des substances organiques dissoutes qui sont récupérées et peuvent être réutilisées dans le processus chimique. La lignine est éliminée de la masse lors du processus de délignification à l’oxygène (en présence d’oxygène et d’hydroxyde de sodium). Le matériau ainsi obtenu est blanchi afin d’obtenir des performances appropriées, telles que la résistance, la brillance et la pureté du produit final. Le deuxième processus de digestion chimique est le procédé au sulfite . Il consiste à utiliser une solution aqueuse de dioxyde de soufre en présence d’alcalis (par exemple calcium, magnésium, sodium et ammonium). Les produits obtenus dans ce procédé sont plus légers et plus faciles à blanchir, cependant, ils ont une résistance bien inférieure par rapport à la pâte au sulfate plus fréquemment utilisée. Le procédé au sulfite nécessite également une sélection minutieuse de la matière première du bois – cette méthode est intolérante, par exemple pour le bois de pin. Le procédé au sulfite par rapport à la pâte kraft est plus efficace, produit moins de gaz désagréables et permet également d’obtenir une pulpe très légère, qui est facilement lessivée. Malheureusement, en raison de la qualité inférieure des fibres, de la consommation d’énergie plus élevée et de la faible récupérabilité des matières premières chimiques utilisées dans le processus, 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 le procédé de fabrication de pâte à papier sur pierre (SGW), le procédé de fabrication de pâte thermomécanique (TMP) et le procédé de fabrication de pâte chimico-thermomécanique (CTMP).
La pâte à papier est obtenue par abrasion du bois sur la pierre à pression atmosphérique. Le bois (dont l’écorce a été préalablement retirée) est réduit en pâte à l’aide de pierre puis lavé à l’eau. La masse préparée est séchée dans des hydrocyclones, d’où elle est transportée vers le compacteur. Dans l’étape suivante, la masse de bois dense est transportée vers la cuve et l’eau en circulation (filtrat) est recyclée vers l’usine de pâte à papier. Lors de la production de pâte à papier à partir de bois transformé, des substances résineuses sont libérées, qui s’agglomèrent facilement et créent des sédiments sur le broyeur ou les parois internes des canalisations. Elles provoquent souvent un encrassement de la surface de la pierre, ce qui aggrave ses propriétés abrasives. Afin d’éliminer ces soi-disant « problèmes de résine », divers agents chimiques sont utilisés. Les agents les plus couramment utilisés à cette fin sont les dispersants, qui sont conçus pour disperser les dépôts qui se forment, facilitant ainsi leur élimination ultérieure. Les produits des séries ROKAcet et ROKAfenol sont d’excellents dispersants dédiés à l’industrie de la pâte et du papier. En plus de leurs capacités de dispersion, ces produits peuvent agir comme agents nettoyants, émulsifiants et agents anti-électrostatiques. Les ROKAfenols sont parfaits pour les processus d’émulsification et d’élimination des taches de pâte à papier et de cellulose. Alors que ROKAcet R40W est un produit avec une propriété adoucissante qui peut être utilisé dans l’industrie du textile, du cuir et du papier.
L’amélioration de la méthode SGW est la mise en pâte thermomécanique (TMP). Dans le processus TMP, les copeaux de bois sont d’abord lavés pour éliminer le sable, les pierres et autres impuretés dures, puis chauffés par de la vapeur sous pression accrue, puis réduits en pâte dans un broyeur à disques. Dans l’étape suivante, la masse est transportée vers la cuve, où le redressement et l’élimination de la déformation des fibres ont lieu. Enfin, il est dirigé vers le réservoir de stockage. Afin de réduire la quantité de résines nocives formées dans le processus TMP, des produits chimiques similaires à ceux du processus SGW sont utilisés. La masse ainsi créée est le plus souvent utilisée pour la production de papier journal.
Le procédé CTMP combine le procédé TMP avec l’imprégnation chimique des copeaux. Dans la première phase, ils sont lavés et tamisés puis imprégnés. Selon le type de bois, des solutions chimiques appropriées sont utilisées. Le sulfate de sodium est généralement utilisé pour le bois tendre, tandis que les peroxydes alcalins sont généralement sélectionnés pour le bois dur. Une fois le processus d’imprégnation terminé, les copeaux sont chauffés et mélangés à de l’eau, ce qui desserre les liaisons de lignine et libère les fibres. Le procédé CTMP permet d’obtenir une pâte propre avec une résistance suffisante et des propriétés optiques appropriées. Le CTMP est principalement utilisé pour la production de composants fibreux de pâte à papier, qui peuvent être utilisés pour la production de papiers d’impression et d’hygiène.
Flottation et blanchiment
L’étape suivante du traitement de la pâte est le désencrage combiné à l’élimination mécanique des impuretés. Dans la production de papier, le paramètre le plus important est la couleur (la blancheur – dans le cas du papier d’impression). Pour cette raison, le papier recyclé doit être soigneusement nettoyé de l’encre d’impression. La condition de base pour son élimination est la libération des particules de peinture des fibres et leur maintien dans un état dispersé. Les particules d’encre finement divisées sont ensuite séparées de la suspension de fibres. Cela se fait généralement sur la base des différences de propriétés physiques des matériaux, comme le poids spécifique des substances indésirables par rapport aux fibres et à l’eau. Étant donné que les impuretés plus grosses, telles que les pièces métalliques (agrafes), les pierres et le sable, sont déjà éliminées au stade du défibrage, les procédés de flottation sont très souvent utilisés pour les impuretés fines.
Un procédé supplémentaire fréquent est le blanchiment et est utilisé dans les produits nécessitant une grande pureté, où le jaunissement n’est pas souhaitable (par exemple, les papiers pour l’écriture et l’impression). L’hypochlorite de sodium est une substance très populaire utilisée pour le blanchiment. Il peut également être utilisé pour la production de carboxyméthylcellulose (CMC) à partir de sciure de bois. Une solution d’hydroxyde de sodium etde l’acide chloroacétique (MCAA) sont également utilisés dans ce procédé. Le blanchiment implique l’utilisation de produits chimiques appropriés qui sont ajoutés directement au dispersant pour augmenter la blancheur de la masse. Le type de fibres utilisées et les propriétés finales souhaitées du produit ont une grande influence sur le degré de blanchiment de la pâte. Les masses contenant des matériaux à haute densité sont difficiles à blanchir et nécessitent de fortes doses de produits chimiques. Les eaux usées des installations de blanchiment avant recyclage nécessitent un certain nombre d’agents chimiques destinés à réduire leur formation de mousse, leur corrosivité ou à réduire la capacité de formation de tartre. Les produits du groupe PCC, tels que ROKAmers , sont parfaits pour une utilisation dans les processus où se produit la formation de mousse des eaux usées et technologiques. Les produits ROKAmer sont des copolymères séquencés d’oxyde d’éthylène et de propylène. Ces produits réduisent la tension superficielle entre le liquide et l’air, améliorant en même temps le « drainage » de la mousse, ce qui entraîne en fait 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, qui est ensuite utilisée pour la production de papier. Ce processus comprend plusieurs étapes :
- mélange de la pâte de cellulose,
- formation de dispersion de pâte dans l’eau,
- raffinage,
- introduction des ajouts nécessaires.
Les additifs sont utilisés pour fabriquer des produits en papier aux propriétés spéciales (appelés papiers spéciaux) ou pour améliorer le processus de fabrication du papier. Les additifs les plus populaires sont :
- résines et cires pour l’hydrophobisation,
- des charges, telles que par exemple des argiles, du talc et de la silice,
- colorants inorganiques et organiques,
- 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),
- e) émulsifiants et agents nettoyants. Le groupe PCC propose la série de produits ROKAcet qui peuvent remplir ces deux fonctions. Grâce à leur structure, ils peuvent également être utilisés dans l’industrie du papier comme agents peu moussants et adoucissants.
Lors de la dernière étape, la masse est transformée en produit 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. Un tel emballage offre une bonne protection contre les dommages mécaniques, la poussière et l’humidité. Le grand avantage de ce type d’emballage est également qu’il est entièrement recyclable.
