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F Fo or rm ma at ti io on n c co on nd du uc ct te eu ur r Animation : Patrick

F Fo or rm ma at ti io on n c co on nd du uc ct te eu ur r Animation : Patrick BEAUP Informations : irfip.org Questions : pbeaup@irfip.org IRFIP – 154, boulevard Haussmann – 75008 Paris Tél. : 01 53 89 24 70 – Fax : 01 53 89 24 71 E-mail : contact@irfip.org Sommaire 1. LA SUSPENSION FIBREUSE 2 2. LE RAFFINAGE 14 3. LE CIRCUIT COURT 22 4. LA PARTIE HUMIDE 28 5. LA CAISSE DE TETE 32 6. L’UNITE DE FORMATION 38 7. IMPACT DE LA FORMATION SUR LES PROPRIETES DES PAPIERS 60 8. CHIMIE DE LA PARTIE HUMIDE 67 9. LE PRESSAGE 71 IRFIP – 154, boulevard Haussmann – 75008 Paris Tél. : 01 53 89 24 70 – Fax : 01 53 89 24 71 – E-mail : contact@irfip.org 1 1. LA SUSPENSION FIBREUSE Pourquoi un rappel sur la structure et la composition de la suspension fibreuse ? • Parce que la structure de la suspension fibreuse permet de comprendre les mécanismes hydrauliques mis en jeu dans le processus de formation de la feuille. • Parce que la composition de la suspension fibreuse est un paramètre prépondérant pour l’obtention des caractéristiques du papier. • Parce que la solidité du papier résulte de la liaison des fibres entre elles, liaisons mécaniques dues à l’enchevêtrement des fibres et surtout interactions électrostatiques (liaisons polaires), appelées liaisons hydrogène. Les constituants de la pâte à papier Les fibres végétales issues du bois constituent plus de 90 % de la masse de ces objets. Les 10 % restants sont issus d'autres végétaux : pailles, coton, lin, chanvre, alfa, ramie, abaca, bambous, canne à sucre (par son déchet : la bagasse). On trouve également quelques fibres artificielles ou synthétiques, pour des usages très particuliers (notamment dans les papiers sécurisés, tels les chèques ou les billets de banque), des fibres minérales comme les fibres de verre utilisées dans certaines applications de filtration, des fibres animales comme la laine et le cuir et enfin des déchets de feuilles de tabac pour reconstituer des feuilles continues. Pour le plus grand nombre des papiers à utilisation courante, les fibres végétales issues du bois, vierges ou recyclées, suffisent à "construire" une feuille. En revanche, dès que les usages deviennent particuliers, les fibres provenant des autres végétaux prennent le relais. La variété de leurs morphologies permet de développer des propriétés particulières. Pâte vierge FCR Charges Autres Parmi les autres constituants majeurs des papiers et cartons, les adjuvants minéraux occupent une place importante pour l’obtention des propriétés optiques et celles conduisant à des caractéristiques surfaciques particulières. 2 IRFIP – 154, boulevard Haussmann – 75008 Paris Tél. : 01 53 89 24 70 – Fax : 01 53 89 24 71 – E-mail : contact@irfip.org Ces charges minérales (kaolin, carbonate de calcium naturel ou précipité, dioxyde de titane, talc, silice colloïdale) sont utilisées en charge de masse ou en enduction de surface notamment pour les papiers destinés à l'impression. La principale difficulté d’utilisation de ces charges est leurs tailles très réduites. La dimension de ces charges (souvent inférieure à 5 microns) nécessite des agents de rétention et de floculation pour les retenir dans la feuille de papier lorsqu’on les introduit directement dans la suspension fibreuse (introduction dans la masse). 1.1 Les fibres Les fibres végétales vierges sont issues des arbres utilisés en papeterie et se classent en deux groupes bien définis : ⇒ Les conifères (résineux) = sapin, pin, épicéa. • Longueur moyenne des fibres : 2 à 4 mm ⇒ Les feuillus = peuplier, bouleau, hêtre, chêne, châtaignier, eucalyptus... • Longueur moyenne des fibres : 0,6 à 1,5 mm En moyenne, les fibres de résineux sont 3 fois plus longues que celles des feuillus et sont plus résistantes. Les fibres de résineux sont également appelées trachéides. Des petits orifices, appelés ponctuations aréolées, sont situés sur toute la longueur des trachéides. Elles permettent le passage de la sève d’une fibre à l’autre. • C’est par ces ouvertures que les liquides peuvent pénétrer. Les fibres de feuillus ne possèdent pas de ponctuations. La sève circule par des vaisseaux, tubes ouverts à chaque extrémité, qui constituent les pores du bois. Suivant les espèces, la longueur des vaisseaux varie de 100 à 600µ et la largeur de 50 à 100µ. • Les vaisseaux représentent 10 à 30 % en volume de la structure, et sont responsables des peluches lors de l’impression. IRFIP – 154, boulevard Haussmann – 75008 Paris Tél. : 01 53 89 24 70 – Fax : 01 53 89 24 71 – E-mail : contact@irfip.org 3 Fibres de résineux Fibres de feuillus La fabrication des pâtes vise à séparer et individualiser les fibres. Lors de la formation de la feuille, on les agencera de manière contrôlée pour obtenir un matériau de qualité. Pour la production de pâte, on trouve deux grands principes : l’action mécanique et l’action chimique. Les différents types de pâtes • Mécanique : papier journal, magazine, papier commun. Pâte mécanique de meule : le bois en rondins est écorcé puis râpé par des défibreurs à meules. Les fibres arrachées sont ensuite mélangées à de l'eau. La bouillie obtenue contient toutes les composantes du bois (cellulose, hémicellulose, lignine). Rendement : 90 à 95% mais solidité moindre. Pâte mécanique de raffineurs : le bois sous forme de copeaux est d'abord mélangé à de l'eau puis soumis à des désintégrateurs à disques. Rendement moins élevé, qualité supérieure. • Chimique : papiers d'impression écriture, papier kraft d'emballage, papier haut de gamme, papier tissu (hygiénique et sanitaire). Le bois, réduit en copeaux, est soumis à cuisson dans des lessiveurs en présence de réactifs chimiques, afin de séparer les fibres de cellulose de leur « ciment » (la lignine). Cellules Part relative en volumique Fibres 92 % Rayons ligneux 7 % Canaux résinifères 1 % Cellules Part relative en volumique Fibres 40 à 70 % Rayons ligneux 10 à 30 % Vaisseaux 10 à 30 % Autres 20 % 4 IRFIP – 154, boulevard Haussmann – 75008 Paris Tél. : 01 53 89 24 70 – Fax : 01 53 89 24 71 – E-mail : contact@irfip.org Ce mélange est ensuite filtré pour isoler les fibres de cellulose de la « liqueur noire » qui, après épaississement, sera brûlée. Suivant les produits utilisés, on obtient une pâte au bisulfite (procédé acide, à base d'anhydride sulfureux), ou au sulfate et à la soude (procédé alcalin : 75% des pâtes consommées en France). La pâte obtenue est brune, mais on peut la blanchir avec des produits chimiques. Caractéristiques : rendement faible (45 à 55%), coût de production élevé, très bonnes propriétés physiques de la feuille obtenue. • Mi-chimique : cartons pour cannelure. Le bois est soumis à un traitement chimique doux, suivi d'une désintégration mécanique des rondins ou des copeaux. • A haut rendement : utilisations : papier journal (TMP), carton, papier tissu et, de plus en plus, papiers d'impression écriture avec bois. Pâte thermo mécanique (thermomechanical pulp ou TMP) : avant le défibrage, les copeaux de bois sont étuvés à + de 100° C, ce qui facilite la séparation des fibres, tout en les allongeant, ce qui accroît leur résistance. Rendement élevé, propriétés mécaniques excellentes ; de plus en plus utilisée, notamment pour papier journal Pâte chimico-thermo-mécanique (chemi-thermo-mechanical pulp ou CTMP) : avant le défibrage, les copeaux sont imprégnés de produits chimiques à plus de 100°C (ou moins avec la pâte TMP) pour favoriser la séparation des fibres. Coûts de production inférieurs à ceux de la pâte chimique, bon rendement (80%) mais consommation d'énergie élevée, la blancheur et la résistance sont moindres que pour la pâte chimique. Le type de fibres et de pâtes utilisées, les traitements ultérieurs, comme le raffinage, auront une influence décisive sur l’établissement des liaisons c’est-à-dire la qualité de la feuille. Le choix des matières premières fibreuses prend en compte cet aspect irréductible tout en l’associant à l’aspect économique. Fibres cellulosiques de récupération (FCR) Cette matière première fibreuse est très importante. Le papier fabriqué aujourd'hui en France (et en Europe), toutes sortes confondues, contient 50 % de fibres recyclées. Le papier est le matériau le mieux recyclé. Les fibres récupérées rentrent principalement dans la composition des cartons plats, des papiers pour ondulé (couverture et cannelure), de certains papiers à usage sanitaire ou domestique et de certaines sortes “ impression-écriture ” (notamment le journal). Il existe plusieurs sortes de vieux papiers. On a utilisé pendant longtemps les journaux, les magazines invendus et les caisses en carton ondulé. Aujourd’hui, le développement des collectes sélectives augmente les ressources en matières fibreuses, mais en contrepartie moins bien triées. Cette matière première est hétérogène. IRFIP – 154, boulevard Haussmann – 75008 Paris Tél. : 01 53 89 24 70 – Fax : 01 53 89 24 71 – E-mail : contact@irfip.org 5 Les gros problèmes liés à l'utilisation de ces fibres restent l'approvisionnement et la revalorisation. Ces pâtes sont très contaminées (plastiques, adhésifs, ...), grises (difficiles à désencrer) et manquent de caractéristiques physiques. Elles apportent, par contre, de l'opacité, de l'inertie et uploads/Finance/ conducteur.pdf