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Procédé de blanchiment et/ou de délignification de pâtes à papier chimiques
L'invention concerne un procédé de blanchiment et/ou de délignification de pâtes à papier chimiques au moyen d'un ou plusieurs agents oxydants peroxydés, dans lequel la pâte à papier est prétraitée au moyen d'un agent chélatant.
Par pâtes à papier chimiques on entend désigner les pâtes à papier ayant subi un traitement délignifiant en présence de réactifs chimiques tels que le sulfure de sodium en milieu alcalin (cuisson kraft ou au sulfate) ou bien par d'autres procédés alcalins.
Il est généralement connu de blanchir des pâtes à papier chimiques avec des oxydants peroxydés tels que l'ozone, les peracides ou le peroxyde d'hydrogène.
Dans ces traitements de blanchiment, il est utile d'enlever de la pâte certains ions métalliques nuisibles. Il s'agit d'ions de métaux de transition dont, entre autres, le manganèse, le cuivre et le fer qui catalysent des réactions de décomposition des oxydants peroxydés. Ils dégradent les oxydants peroxydés mis en oeuvre pour la délignification et le blanchiment via des mécanismes radicalaires et augmentent ainsi la consommation de ces produits tout en diminuant les propriétés mécaniques de la pâte à papier.
L'élimination des ions métalliques peut être réalisée par un traitement acide.
Cependant, ces traitements en milieu acide éliminent non seulement les ions métalliques nuisibles mais également les ions de métaux alcalino-terreux tels que le magnésium et le calcium qui ont un effet stabilisant sur les réactifs peroxydés mis en oeuvre et un effet bénéfique sur les qualités optiques et mécaniques de la
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A apâte à papier.
Un moyen connu pour remédier à cet inconvénient est d'éliminer sélectivement des ions métalliques nuisibles par la chélation de ces ions au moyen d'agents chélatants. Etant donné que la pâte à papier possède elle-même des propriétés séquestrantes pour les ions de métaux de transition, des agents chélatants puissants de type aminocarboxylique sont utilisés tels que l'acide éthylènediaminetétraacétique (EDTA) ou l'acide diéthylènetriaminepentaacétique (DTPA) en une quantité appréciable. L'utilisation de ces agents chélatants pose des problèmes au niveau de la protection de l'environnement.
Puisqu'ils ne sont que peu biodégradables, ils s'avèrent difficiles à détruire dans des stations d'épuration d'eau conventionnelles, et une partie des agents chélatants finit dans
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les rivières où ils peuvent alors solubiliser des métaux lourds tels que le mercure et le cadmium contenus dans les sédiments de ces rivières et les introduire dans la chaîne alimentaire.
Une solution à ce problème est d'utiliser des agents chélatants biodégradables comme dans la demande de brevet internationale WO 97/30208 qui décrit le traitement d'une pâte à papier au moyen d'agents chélatants tel que par exemple l'acide éthylènediamine-N, N' -disuccinique (appelé EDDS). Ce traitement connu est réalisé à un pH de 4 à 8. Ce traitement présente l'inconvénient de conduire à un niveau de blancheur sensiblement inférieur à celui obtenu avec les agents chélatants classiques comme par exemple l'EDTA.
La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités en fournissant un procédé de blanchiment et/ou de délignification de pâtes à papier au moyen d'agents oxydants peroxydés qui permet d'éliminer sélectivement les ions de métaux de transition sans conduire à des problèmes au niveau de l'environnement et qui permet d'obtenir un niveau de blancheur élevé.
A cet effet, l'invention concerne un procédé de blanchiment et/ou de délignification de pâtes à papier chimiques au moyen d'un ou plusieurs agents oxydants peroxydés, dans lequel la pâte à papier est prétraitée à un pH supérieur à 8 au moyen d'un ou plusieurs agents chélatants choisis parmi l'acide aspartique et ses dérivés substitués sur l'atome d'azote.
Une des caractéristiques essentielles de l'invention réside dans la combinaison d'un agent chélatant biodégradable particulier avec un pH supéreur à 8. En effet, il a été constaté que lorsque l'agent chélatant biodégradable conforme à l'invention est utilisé à un pH supérieur à 8, l'on obtient non seulement les avantages liés à la biodégradabilité de l'agent chélatant et des conditions alcalines du prétraitement mais également des blancheurs élevées qui peuvent atteindre le même niveau que celui obtenu avec les agents chélatants classiques non biodégradables.
En outre le procédé selon l'invention présente l'avantage d'éviter des sauts de pH puisque les traitements de blanchiment et/ou de délignification au moyen d'agents oxydants peroxydés sont souvent réalisés dans des conditions alcalines comme le traitement au moyen de l'agent chélatant selon l'invention. La possibilité d'effectuer la chélation en milieu alcalin facilite le recyclage des effluents.
Dans le procédé selon l'invention l'agent chélatant peut en particulier être choisi parmi l'acide N -carboxyméthylaspartique, l'acide N - (1, 2-dicarboxyéthyl) -
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aspartique, l'acide N- (l, 2-dicarboxy-2-hydroxyéthyl)-aspartique et les composés de formule
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dans laquelle n est de 1 à 3, m est de 0 à 3, p est de 1 à 3, RI, k2, R3 et R sont H, Na, K, Ca ou Mg, RS et R6 sont H, CH20H, CH2CH20H ou CHOHCHi. CHCHOH, et leurs mélanges. L'agent chélatant peut par exemple être l'acide éthy ! ènediamine-N, N'-disuccinique (EDDS), un ou plusieurs de ses isomères et un ou plusieurs de ses sels de métaux alcalins ou alcalino-terreux.
Il peut également s'agir de l'acide 2, 2'-iminodisuccinique, d'un ou plusieurs de ses isomères et d'un ou plusieurs de ses sels de métaux alcalins ou
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alcalino-terreux. De préférence, l'agent chélatant est choisi parmi l'acide éthylènediamine-N, N' -disuccinique (EDDS), ses isomères et ses sels. En utilisant un seul agent chélatant on peut déjà obtenir de bons résultats. En particulier, on peut utiliser l'agent chélatant en l'absence d'agent chélatant de type aminocarboxylique ou hydroxycarboxylique. On peut bien entendu utiliser plusieurs agents chélatants. Par exemple, on peut combiner plusieurs agents chélatants selon l'invention. En variante, on peut combiner un agent chélatant selon l'invention avec un agent chélatant classique tels que les agents chélatants
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aminocarboxylés (p. e.
EDTA) ou hydroxycarboxylés (p e. l'acide glucarique).
Dans le procédé selon l'invention, le prétraitement au moyen de l'agent chélatant est généralement réalisé à un pH d'au moins 8,05, en particulier d'au moins 8, 1, les valeurs d'au moins 8,2 étant habituelles. Le pH est le plus souvent inférieur ou égal à 12, en particulier inférieur ou égal à 10, les valeurs inférieures ou égales à 9 étant courantes. De bons résultats ont été obtenus à un pH de 8,1 à 12, en particulier de 8,2 à 10.
Dans le procédé selon l'invention, le prétraitement au moyen de l'agent chélatant est généralement réalisé à une température d'au moins 10 C, en particulier d'au moins 30 oC, les températures d'au moins 40 C étant
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recommandées. La température est le plus souvent inférieure ou égale à 90 C, en particulier inférieure ou égale à 70 oC, les températures inférieures ou égales à 60 C étant recommandées. De bons résulats sont obtenus en opérant le
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prétraitement à une température de 10 à 90 C, de préférence de 30 à 70 C.
Le prétraitement du procédé selon l'invention est généralement réalisé en présence d'eau à une consistance d'au moins 0, ! % en poids de pâte sèche, en particulier d'au moins 1 % en poids de pâte sèche, les consistances d'au moins 2 % en poids de pâte sèche étant courantes. La consistance est habituellement inférieure ou égale à 20 % en poids de pâte sèche, en particulier inférieure ou égale à 15 % en poids de pâte sèche, les consistances inféreiures ou égales à 10 % en poids de pâte sèche étant courantes. De bons résultats sont obtenus en opérant le prétraitement à une consistance de 0,1 à 20 % en poids de pâte sèche, de préférence de 1 à 10 % en poids de pâte sèche.
Dans le procédé selon l'invention, l'agent chélatant est généralement mis en oeuvre en une quantité d'au moins 0,02 % en poids, en particulier d'au moins 0,05 % en poids, les quantités d'au moins 0,1 % en poids étant recommandées.
La quantité d'agent chélatant est le plus souvent inférieure ou égale à 2 % en poids, en particulier inférieure ou égale à 1,5 % en poids, les quantités inférieures ou égales à 1 % en poids étant courantes. De bons résultats sont obtenus en mettant en oeuvre une quantité d'agent chélatant de 0,02 à 2 % en poids, de préférence de 0,1 à 1 % en poids.
La durée du prétraitement n'est pas critique.
L'agent oxydant peroxydé qui est utilisé dans le procédé selon l'invention est généralement choisi parmi le peroxyde d'hydrogène, les peracides organiques tel que l'acide peracétique, les peracides inorganiques tel que l'acide de Caro, l'ozone et l'oxygène. L'agent oxydant peroxydé est de préférence le peroxyde d'hydrogène. Celui-ci est avantageusement utilisé en milieu alcalin et à des températures supérieures ou égales à 70 C.
Généralement, on effectue une étape de lavage à l'eau entre le prétraitement et l'étape de blanchiment et/ou de délignification au moyen d'un agent oxydant peroxydé.
Exemples
Une pâte à papier présentant au départ une blancheur de 48, 9 ISO a été soumise à un traitement de délignification et de blanchiment Q W P. Q représente un prétraitement au moyen d'un agent chélatant, W représente un lavage à l'eau et P représente un traitement au moyen de peroxyde d'hydrogène en milieu
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alcalin. Dans les exemples 1, 3 et 5 un agent chélatant classique (EDTA) a été utilisé et dans les exemples 2,4 et 6 un agent chélatant conforme à l'invention (EDDS) a été utilisé. Dans les exemples 1 et 2 l'étape Q est réalisée à un pH d'environ 8,5 et dans les exemples 3 et 4 l'étape Q est réalisée à un pH d'environ 10, comme dans l'invention.
Dans les exemples 5 et 6 l'étape Q est réalisée à un pH d'environ 6,5 comme dans la demande de brevet internationale WO 97/30208.
Les résultats sont repris dans le tableau 1 ci-dessous.
La chélation Q a été réalisée à 50 C, pendant 30 minutes, à une consistance de 4 % de pâte et avec une quantité de 0,4 % en poids d'agent chélatant.
Le traitement au peroxyde d'hydrogène P a été réalisé à 90 C pendant 120 minutes et à une consistance de 12 % en poids de pâte. 2 g de peroxyde d'hydrogène par 100 g de pâte sèche et 1,3 g de NaOH par 100 g de pâte sèche ont été utilisés dans l'étape P.
Tableau 1
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<tb>
<tb> Exemple <SEP> Agent <SEP> chélatant <SEP> utilisé <SEP> dans <SEP> Q <SEP> pH <SEP> dans <SEP> Q <SEP> Blancheur <SEP> finale
<tb> (0 <SEP> ISO)
<tb> 1 <SEP> EDTA <SEP> 8, <SEP> 3 <SEP> 67, <SEP> 6
<tb> 2 <SEP> EDDS <SEP> 8, <SEP> 5 <SEP> 67,2
<tb> 3 <SEP> EDTA <SEP> 10, <SEP> 1 <SEP> 66,1
<tb> 4 <SEP> EDDS <SEP> 9, <SEP> 8 <SEP> 65,0
<tb> 5 <SEP> EDTA <SEP> 6, <SEP> 4 <SEP> 68,5
<tb> 6 <SEP> EDDS <SEP> 6, <SEP> 6 <SEP> 61,8
<tb>
ENTA= acide éthylènediaminetétraacétique EDDS = acide éthylènediamine-N, N'-disuccinique