De la fibre au carton

De nos jours, la séparation des fibres et la fabrication du carton ont lieu dans des installations caractérisées par une forte intensité de capital, des volumes de production considérables et la mise en œuvre des techniques les plus récentes en matière de manutention, de production en continu et de contrôles des procédés.

Dans de nombreux cas, dont celui des usines Iggesund Paperboard, l’intégration sur le même site de la production de pâte et de la fabrication du carton permet des gains de rendement, de productivité et de qualité.

Des exploitations forestières bien gérées constituent la principale source de fibres de cellulose, extraites d’essences comme l’épicéa, le pin et le bouleau.

Les fibres sont séparées par réduction mécanique ou chimique ; pureté et blancheur peuvent être améliorées par blanchiment.

Sur la machine à carton, la fabrication en continu commence par un jet de fibres enchevêtrées sur la toile – un tamis plastique ou métallique en mouvement – qui extrait l’eau par égouttage. Normalement d’autres jets de pâte se superposent au premier, à l’état humide. L’eau résiduelle est ensuite extraite par pressage et séchage. Le carton est ensuite couché sur machine ou hors machine pour améliorer la surface en vue de l’impression. La bande de carton est alors mise en bobines sur toute sa largeur. Ces bobines sont ensuite refendues ou découpées en formats avant étiquetage, emballage et expédition.

Le cycle forestier

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Les fibres vierges destinées au carton sont extraites d’essences naturelles telles que l’épicéa, le pin et le bouleau, dont les fibres présentent les caractéristiques appropriées. Ces bois proviennent d’exploitations forestières contrôlées en Suède et d’autres régions d’Europe.

Afin d’assurer un développement durable et la diversité biologique, une gestion sylvicole moderne fait appel à plusieurs méthodes simultanées. Des plans précis sont établis, aussi bien à l’échelle régionale que locale, pour la régénération naturelle, les plantations et l’ensemencement. Les zones sensibles et les anciens couverts forestiers sont protégés en fonction des conditions locales.

Autre caractéristique importante, la gestion sylvicole promeut une exploitation intégrée associant bois pour pâte à papier et bois d’œuvre. Les coupes d’éclaircie, c’est-à-dire l’abattage des arbres de petit diamètre pour favoriser la croissance des autres arbres, sont utilisées pour la production de pâte. Lors de la récolte des arbres à maturité, le tronc est utilisé comme bois d’œuvre tandis que les cimes sont envoyées à l’usine de pâte. Résultat : une exploitation optimale du bois abattu.

Autre caractéristique importante, la gestion sylvicole promeut une exploitation intégrée associant bois pour pâte à papier et bois d’œuvre. Les coupes d’éclaircie, c’est-à-dire l’abattage des arbres de petit diamètre pour favoriser la croissance des autres arbres, sont utilisées pour la production de pâte. Lors de la récolte des arbres à maturité, le tronc est utilisé comme bois d’œuvre tandis que les cimes sont envoyées à l’usine de pâte. Résultat : une exploitation optimale du bois abattu.

Du bois à la fibre – la réduction en pâte

A l’usine de pâte, le bois en grumes est d’abord écorcé car l’écorce ne contient pas de fibres convenant à la fabrication de la pâte. L’écorçage s’opère par friction, les grumes roulant les unes sur les autres dans un tambour en rotation. L’écorce récupérée sert de combustible dans l’usine ou de compost horticole.

Les opérations suivantes dépendent du procédé de séparation ou de défibrage utilisé.

Fabrication de la pâte

Le choix se fait principalement entre fibres longues (épicéa et pin) et fibres courtes (bouleau). Le fabricant optimise la formation de la feuille, les propriétés d’aspect et de performance grâce à son choix et son mélange de fibres répondant aux besoins de produits spécifiques.

Caractéristiques de la pâte mécanique

Ce procédé se caractérise par un rendement élevé. La présence de lignine n’est pas sans conséquence – la fibre est dure et rigide, ce qui donne à la feuille un indice de consolidation limité, un indice de bouffant élevé ( faible densité), une stabilité dimensionnelle et une résistance réduites.

La présence de lignine et l’indice de consolidation limité rendraient les feuilles réalisées uniquement à partir de pâte mécanique relativement fragiles. La pâte garde la couleur du bois, mais elle est pure et sa composition naturelle est parfaitement connue.

La pâte mécanique de raffineur (RMP) s’obtient au terme d’un procédé en deux temps. Les grumes écorcées sont d’abord débitées en petites plaquettes. Celles-ci, qui ont un taux d’humidité de 25-30 %, sont poussées entre les disques métalliques en rotation du raffineur. La chaleur et la vapeur d’eau ramollissent la lignine et les fibres se séparent. La pâte est épurée et lavée, tandis que les fibres non séparées passent par un traitement secondaire. La réduction en pâte mécanique présente un rendement très élevé. Environ 95 % du bois sont transformés en fibres.La séparation mécanique nécessite une grande quantité d’électricité. Les systèmes de récupération de chaleur permettent d’améliorer le rendement énergétique de la fabrication.

 

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Caractéristiques de la pâte chimique

Cette méthode préserve la longueur de la fibre, et la pure cellulose se traduit par un indice de consolidation élevé, ce qui contribue à la production de feuilles très résistantes. A la fois souples et tendres, les fibres confèrent au papier d’excellentes propriétés de pliage, de gaufrage et de découpe, tout en limitant la production de poussières. La pâte de cellulose blanchie présente une blancheur, une brillance et une inaltérabilité à la lumière élevées. Avec un degré de pureté maximal, ce matériau permet d’élaborer des produits ayant le niveau de protection le plus élevé contre la contamination.

Dans le procédé chimique, les grumes sont débitées en petites plaquettes qui sont ensuite cuites dans une liqueur chimique. L’opération dissout 80–90 % de la lignine de façon à faciliter la séparation des fibres. Le procédé au sulfate, qui est utilisé par Iggesund, permet également une utilisation efficace de l’énergie et une bonne récupération des produits chimiques.

Le rendement en fibres de la pâte chimique écrue est compris entre 50 et 65 % du bois. La lignine et les résines dissoutes sont utilisées pour la production d’énergie interne.

 

 

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Blanchiment

Toutes les variétés de pâte servant à la fabrication du carton peuvent être blanchies pour en modifier la couleur et la pureté.

La pâte chimique écrue est de couleur brune, plus ou moins accentuée selon le type de cuisson et le degré d’extraction de la lignine. Si la pâte écrue est utilisée dans la fabrication de certains produits, les caisses en carton ondulé par exemple, il est nécessaire de blanchir la pâte pour de nombreuses applications graphiques et d’emballage.

La décoloration de la pâte porte le nom de blanchiment. Ce dernier peut prendre diverses formes en fonction de facteurs tels que le degré de décoloration requis, les choix des produits chimiques et la méthode de traitement.

Il est réalisé par extraction (délignification) ou altération chromatique des composants colorés. Tous ces facteurs ont des implications techniques et économiques, sans compter leurs incidences environnementales.

Les méthodes de blanchiment entrent dans trois catégories:
• Blanchiment par délignification au chlore gazeux. Ce procédé a été largement remplacé par des techniques plus respectueuses de l’environnement. L’utilisation de l’oxygène se généralise.
• Blanchiment par oxydation au moyen de dioxyde de chlore, de peroxyde d’hydrogène ou d’hypochlorite de sodium.
• Blanchiment par réduction à l’aide de produits comme le bisulfite de sodium.

Si la production de pâte est intégrée à la fabrication de carton, la pâte est pompée dans une installation de stockage intermédiaire. Si la pâte est commercialisée, elle est séchée sous forme de feuilles ou de flocons, puis mise en balles pour l’expédition.

 

 

Préparation de la pâte

Lorsqu’elle est livrée en balles, la pâte est tout d’abord mélangée par agitation avec de l’eau dans une vaste cuve appelée hydropulpeur. Toutes les pâtes, y compris celles qui proviennent directement de l’usine de pâte sans séchage, sont soumises à divers traitement avant la machine à carton. On peut améliorer les propriétés de consolidation des fibres par un traitement mécanique, le raffinage, qui modifie la structure superficielle des fibres. Le gonflement dans l’eau augmente la surface des fibres, ce qui améliore leur résistance et leur aptitude à la consolidation.

Des adjuvants tels que la colle à l’alun permettent d’augmenter l’hydrophobicité des fibres et les agents de blanchiments optiques (ABO), également dénommés « azurants optiques », peuvent servir à obtenir la blancheur voulue pour le carton.

Les déchets et rejets de la production de carton – les «cassés» de fabrication – sont déchiquetés et mélangés à la pâte dans des quantités variables selon le jet auquel la pâte est destinée.

Enfin, on ajuste avec précision la concentration de la pâte (rapport fibres-eau) avant de la pomper vers la machine à carton.

Formation

Avec une concentration en eau d’environ 99 %, la suspension fibreuse est formée en plusieurs jets homogènes déposés sur un tamis plastique ou métallique en mouvement. Chaque jet a une composition spécifique adaptée à sa fonction dans la structure de la feuille. La composition et les propriétés de la pâte dépendent de la quantité de fibres longues par rapport aux courtes, du type de pâte, de son degré de raffinage et de la proportion de cassés.

L’eau est extraite par égouttage assisté par aspiration. Les jets sont superposés à l’état humide.

Pressage

En fin de formation, se déplaçant à une vitesse comprise entre 100 et 500 m/min, la feuille de carton est suffisamment consolidée pour supporter brièvement son propre poids. Elle est alors transférée à la section des presses sur le « feutre », une bande en tissu absorbant. Le carton est comprimé délicatement entre des rouleaux d’acier, avec assistance par aspiration, afin d’abaisser le taux d’humidité à environ 60–65 %.

Séchage

Principe de l’encollage de surface.

Le taux d’humidité est réduit à 5–10 % selon le produit en faisant circuler la feuille sur des cylindres d’acier chauffés à la vapeur. Certaines sécheries sont équipées d’un cylindre chauffé de grandes dimensions dont la surface est en acier poli. La feuille encore humide adhère au cylindre et sèche progressivement tout en acquérant une surface particulièrement lisse. Ce cylindre est appelé cylindre frictionneur ou sécheur Yankee.

 

 

Encollage de la surface

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Une solution d’amidon peut être appliquée sur la surface du carton pour en améliorer la résistance tout en ancrant fermement les fibres superficielles dans la feuille. A l’usine d’Iggesund, le carton est encollé avant d’être couché. Ce traitement consiste à appliquer une solution d’amidon sur les deux faces du produit, pour augmenter la résistance de la surface et ancrer les fibres à la feuille.

Calandrage

Le passage de la feuille entre une série de rouleaux d’acier ou une calandre à satiner permet d’en contrôler avec précision l’épaisseur et le lissé.

 


Formation de la feuille. Cliquez pour agrandir.

 

Couchage

Les cartons sont généralement couchés afin d’améliorer l’aspect et les performances du produit lors de l’impression.

Le processus de couchage

Après l’encollage en surface, le carton est couché au moyen d’une lame métallique, une lame d’air ou un rideau. Sur une machine à lame métallique, la couche est appliquée sur le carton avec un rouleau applicateur ou un jet. La feuille arrive ensuite à une lame qui élimine l’excès de couchage. On fait recirculer cet excès pour le réutiliser. Une fois la couche en trop retirée, le carton est mis à sécher avant l’application de la couche suivante.

La sauce de couchage

Une couche pigmentée blanche est appliquée au recto du carton et parfois également au verso. La couche se compose de pigments minéraux choisis et de liants synthétiques en solution aqueuse. Leur sélection dépend des spécifications du produit et des conditions de fabrication. La technique d’application et d’égalisation de la couche garantit l’obtention d’un lissé et d’un poids spécifique. L’égalisation s’opère au moyen d’un rouleau, d’une lame d’air ou d’une lame métallique. On applique une, deux ou trois couches successives pour obtenir l’aspect, la couleur, le lissé et les propriétés d’impression souhaités.

C’est le pigment qui compte pour la plus grande partie de la masse du couchage. On utilise généralement un pigment de carbonate de calcium (marbre en poudre), de kaolin ou un mélange des deux. La nature des particules du pigment a un effet déterminant sur les propriétés du carton. Le carbonate de calcium est doté d’une blancheur élevée mais une opacité relativement faible. Le kaolin est moins blanc et son usage donne une surface lisse plus brillante et plus opaque. Le deuxième composant du couchage est le liant, souvent un latex sous forme d’émulsion à l’eau. A cette étape, le latex consiste en un grand nombre de très petites particules. Au cours du processus, le latex fond et forme un film qui colle les particules de pigment les unes aux autres ainsi qu’au carton support. On ajoute généralement bien d’autres produits chimiques aux couchages pour améliorer leurs performances à la production et les caractéristiques du carton fini.

Brossage et lustrage

Certaines machines à carton sont équipées d’un dispositif de brossage et de lustrage pour encore améliorer la surface du carton.

Bobinage

La dernière opération sur la machine à carton consiste à bobiner la bande sur toute la laize de la machine, selon des diamètres de bobine prédéfinis.

 

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Iggesund Paperboard
825 80 Iggesund
Sweden

+46 650 - 280 00
info@iggesund.com

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