Concepts et développements pour la production de cellulose blanchie, pure ou oxydée à partir de matière lignocellulosique à recycler

Concepts and developments for the production of bleached, pure or oxidized cellulosic pulp from recycled lignocellulosic material.

• Auteur / Autrice : Lucas Dollie
• Direction : Gérard Mortha
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides Energétique, Procédés
• Date : Soutenance le 27/05/2019
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie des procédés pour la bioraffinerie, les matériaux bio-sourcés et l’impression fonctionnelle (Grenoble ; 1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Alain Dufresne
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne-Laurence Dupont, Nathalie Marlin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Grelier, Rénato Froidevaux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pâte à papier -- Procédé au sulfate

Opérations de recyclage (génie chimique)

Agents de blanchiment

Mots clés libres

Cuisson kraft

Blanchiment

Purification osidique

Recyclage des vieux cartons

Pâte à dissoudre

Mfc

Kraft cooking

Bleaching

Polysaccharides purification

Old corrugated board recycling

Dissolving pulps

Mfc

Résumé

Les papiers et cartons récupérés sont aujourd’hui recyclés en nouveaux matériaux similaires, en particulier les vieux cartons sont transformés en nouveaux cartons. Riches en matière lignocellulosique, les cartons récupérés pourraient remplacer le bois dans la production de produits de plus haute valeur ajoutée. Ainsi la thèse a exploré le potentiel de procédés existants de délignification, blanchiment et purification, appliqués sur des mélanges fibreux simulant la composition de différents cartons, pour la production de pâte papetière blanchie et de pâte à dissoudre.Le traitement appliqué est composé d’une cuisson Kraft, suivie d’une séquence de blanchiment classique D0-Ep-D1 puis, dans le cas de la production de pâte à dissoudre, d’une purification de type CCE. Les cartons à traiter ayant des compositions fibreuses variables, toute l’étude a été conduite sur des mélanges fibreux modèles, composés de fibres de pâte Kraft écrue et de pâte mécanique. Dans tous les cas, des pâtes blanchies ont été produites, même si leur degré de polymérisation est parfois en deçà des standards. En revanche, les pâtes sont difficiles à purifier. Par ailleurs, il a été montré que la qualité du produit final, les performances des procédés et leur impact environnemental, dépendent de la composition fibreuse du mélange. Enfin le traitement d’un carton industriel a révélé que les charges minérales contenues dans le matériau limitent sa revalorisation.La faible qualité des pâtes blanchies obtenues a conduit à tester une autre voie de valorisation, la production de cellulose oxydée pour MFC. Un nouveau procédé de pré-oxydation pour les pâtes Kraft écrue a été développé : il combine blanchiment et oxydation du substrat dans un stade unique en utilisant le catalyseur TEMPO avec du dioxyde de chlore et de l’hypochlorite de sodium. Des MFC de qualité équivalente à celles produites à partir de pâte blanchie préoxydée par le système TEMPO/NaClO/NaBr ont été obtenues.

Today recovered papers and boards are recycled into similar products; in particular old corrugated boards are transformed into new corrugated boxes. Rich in lignocellulosic material, recovered carton boards might replace wood for the production of hgiher added-value products. The thesis investigated the potential of existing delignification, bleaching and purification processes, applied on fibre mixes simulating the composition of various carton boards, for the production of bleached paper pulp and dissolving pulp grades.The treatment was composed of a Kraft cook, followed by a conventional D0-Ep-D1 bleaching sequence, and in the case of dissolving pulp production, a CCE stage for cellulose purification. Because carton boards exhibit various fiber compositions, all the study has been conducted on model mixes, made of fibres from unbleached Kraft pulp and mechanical pulp. In all cases, bleached pulps have been successfully obtained, although pulp viscosity was sometimes below the standards. However the bleached pulps were found difficult to purify. Moreover, it has been shown that the quality of the final product, the performances of the processes and their environmental impact, depended on the fiber composition of the mix. Finally, the treatment of an industrial carton board revealed that mineral fillers contained in the material limit its upcycling.Because of the low quality of the bleached pulp produced, another valorization way was tested: the production of oxidized cellulose for MFC. A new pre-oxidation process for unbleached Kraft pulp has been developed, combining bleaching and oxidation of the substrate in a single stage combining stage combining the use of TEMPO as a catalyst, chlorine dioxide and sodium hypochlorite. MFC of same quality as those produced from bleached Kraft pulp pre-oxidized by the classical TEMPO/NaClO/NaBr system have been obtained.