Passer au contenu 
1. Qu'est-ce que la résistance à l'humidité ?
La résistance à l'état humide désigne la capacité d'un papier à conserver sa résistance lorsqu'il est exposé à l'humidité. Elle est évaluée en deux étapes clés :
- Résistance initiale à l'humidité – La résistance de la bande de papier avant séchage, importante pour la maniabilité de la machine.
- Résistance à l'humidité après réhumidification – La résistance à l'humidité du papier fini pendant des processus tels que le couchage ou l'impression, et lors de l'utilisation finale (par exemple, les mouchoirs en papier, les emballages).
Étant donné que ces deux types répondent à des objectifs différents (avec des exigences de performances distinctes), ils doivent être optimisés différemment.
2. Résistance initiale à l'humidité
À moins de 30 % de solides (soit plus de 70 % d'humidité), le papier ne conserve que 15 à 20 % de sa résistance à sec. La résistance initiale à l'état humide est affectée par :
- Composition de la pâte, niveau de raffinage et siccité de la bande
- Conditions de procédé et additifs chimiques pour la partie humide
Les machines à papier à grande vitesse utilisent des systèmes de support de bande humide avancés pour minimiser la tension et maintenir la stabilité, ce qui permet d'obtenir des papiers à grammage inférieur et de réaliser des économies de coûts.
Un modèle quantitatif (Page, 1993) relie la résistance à l'état humide à la tension superficielle (γ), à la surface du film d'eau (A), au rayon de courbure (r), au frottement (µ) et à la rugosité des fibres (C).
3. Réhumidifier la résistance à l'humidité
La résistance à l'humidité après réhumidification désigne la résistance conservée par un papier séché après avoir été à nouveau mouillé. Avec un traitement de résistance à l'humidité approprié, le papier conserve généralement 20 à 40 % (voire jusqu'à 50 %) de sa résistance à sec en conditions humides, une exigence essentielle pour de nombreuses utilisations finales.
4. Comment fonctionnent les agents de résistance à l'humidité
L'eau perturbe les liaisons hydrogène entre les fibres, fragilisant ainsi le papier. Les agents de résistance à l'humidité neutralisent ce phénomène par deux mécanismes :
- Protection : Création d’un réseau rigide et réticulé autour des fibres pour éviter le gonflement.
- Renforcement : Formation de nouvelles liaisons chimiques insensibles à l’eau qui renforcent la structure.
En fonction de leur chimie de liaison, les agents de résistance à l'état humide peuvent être :
- Temporaire : Forme des liaisons (par exemple, hémiacétals) qui se rompent lors du remouillage (par exemple, PAM glyoxylé).
- Permanent : crée des liaisons covalentes résistantes à l'eau (par exemple, PAE, UF, MF).
5. Agents courants de résistance à l'humidité
Urée-formaldéhyde (UF)
- Résine réactive la plus ancienne ; forme des réseaux réticulés hydrophobes à pH 4–5.
- Généralement utilisé à un dosage de 0.5 à 3 %, appliqué près de la pompe de mélange.
- Doit correspondre au pH du système et éviter l'interaction avec la taille de l'alun-colophane pour éviter les résidus.
Mélamine-Formaldéhyde (MF)
- Résine hydrosoluble utilisée dans les papiers spéciaux.
- Se charge positivement à faible pH et adhère aux fibres, améliorant ainsi la liaison.
- Appliqué à un dosage de 0.1 à 3 % avec un dosage prudent pour éviter les taches d'amidon/résine.
- Nécessite un durcissement après séchage : la résistance maximale à l'humidité se développe environ 10 jours plus tard.
Polyamide-épichlorhydrine (PAE)
- Conçu pour les systèmes neutres/alcalins, largement utilisé dans les papiers de soie et d'emballage.
- Offre une efficacité élevée en résistance à l'humidité sur une large plage de pH (4–8).
- Forme des liaisons croisées covalentes via des cycles époxydes ; dosage ~0.25–1 %.
- L'efficacité est affectée par le type de fibre, le raffinage, le pH, la rétention, la concentration en Ca²⁺ et l'ordre d'ajout des produits chimiques.
6. Considérations environnementales et réglementaires
Les principaux sous-produits du processus de production de résine PAE comprennent : DCP = 1,3-dichloro-2-propane MCPD = 3-chloro-1,2-propylène glycol EPI = épichlorhydrine Les trois composés organiques à petites molécules contenant du chlore ci-dessus sont les principaux sous-produits de la résine PAE définis comme des halogénures organiques adsorbables (AOX), qui sont produits par l'hydrolyse de l'épichlorhydrine, comme le montre la figure 2.
Actuellement, le règlement européen REACH a clairement identifié la toxicité et la cancérogénicité des sous-produits AOX présents dans les résines PAE. Parmi eux, le 1,3-dichloro-2-propane DCP est identifié comme cancérogène possible H 350 (cat. 1B), tandis que le 3-chloro-1,2-propanediol MCPD est identifié comme cancérogène présumé H 351 (cat. 2). De plus, conformément aux dispositions du BfR XXXVI, pour les produits en papier destinés au contact alimentaire, après prélèvement dans l'eau, la limite supérieure de la quantité résiduelle de 1,3-dichloro-2-propane DCP est de 2 μg/l, et la limite supérieure de la quantité résiduelle de 3-chloro-1,2-propanediol MCPD est de 12 μg/l. Cela impose sans aucun doute des exigences plus strictes en matière de protection de l'environnement et de propreté de la résine résistante à l'humidité utilisée.
Dans les rejets d'eaux usées des papeteries, l'agent de résistance à l'état humide PAE étant la principale source d'AOX, depuis le milieu des années 1980, afin de réduire la pollution environnementale causée par les AOX, les deuxième et troisième générations de résines de résistance à l'état humide PAE respectueuses de l'environnement ont été introduites successivement. Par rapport à la première génération de résines PAE, les deuxième et troisième générations de PAE ont considérablement réduit la teneur en épichlorhydrine résiduelle et la quantité résiduelle de ses produits d'hydrolyse DCP et MCPD.
| Indicateur | Première génération | Deuxième génération | Troisième génération |
|---|---|---|---|
| Type de produit | Agent de résistance à l'humidité industriel | Agent de résistance à l'humidité standard | Agent de résistance à l'humidité de qualité alimentaire |
| Teneur en solides (%) | 12.5 ± 1 | 15 ± 3 | 18 ± 2 |
| pH | 4 ± 1.5 | 4 ± 1.5 | 4 ± 1.5 |
| Viscosité (cps) | ≤ 110 | ≤ 110 | ≤ 110 |
| DCP (ppm) | * (non contrôlé) | ≤ 100 | ≤ 10 |
| MCPD (ppm) | * (non contrôlé) | ≤ 100 | ≤ 10 |
| Avantages | Faible coût avec de bonnes performances de résistance à l'humidité | Faible teneur en chlore résiduel, conforme aux emballages alimentaires et aux normes européennes | Entièrement sans chlore ; convient à la production à long terme de papier destiné au contact alimentaire |
| Désavantages | Contient une forte teneur en chlore résiduel, potentiellement nocif pour la santé humaine | Prix légèrement plus élevé que la première génération, nécessite un dosage environ 15 % plus élevé | Coût élevé ; résistance à l'humidité relativement inférieure, nécessite un dosage environ 5 % supérieur à celui de la deuxième génération |
7. Meilleures pratiques pour une utilisation en conditions humides
- Contrôler le dosage (0.25–1 %) pour atteindre le potentiel zêta optimal.
- Ajout de séquence pour éviter l'incompatibilité avec les additifs anioniques.
- Assurer la rétention en combinant avec des aides à la rétention et en contrôlant les niveaux de Ca²⁺.
- Appliquer un durcissement (par exemple, 80 °C pendant 30 min) après l'ajout.
- Mélangez des agents de résistance à l’état humide avec des additifs de résistance à sec pour augmenter la résistance et la rétention de la bande.
8. Conclusion et perspectives d'avenir
Les agents de résistance à l'humidité sont indispensables à la fabrication moderne du papier : ils améliorent sa durabilité sous l'effet de l'humidité et permettent diverses applications. Face à l'augmentation des cadences des machines et des exigences des produits, ces agents garantissent performance et efficacité des procédés. La R&D se concentre actuellement sur des solutions de résistance à l'humidité durables et efficaces, telles que les polycarboxylates, le chitosane et les alternatives écologiques aux résines traditionnelles.
