JP2019206710A - Method of preparing pregelatinized, partially hydrolyzed starch and methods of manufacturing board - Google Patents

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Abstract

To provide an improved method of producing a pregelatinized, partially hydrolyzed starch.SOLUTION: Disclosed are methods relating to an extruded pregelatinized, partially hydrolyzed starch prepared by mixing at least water, a non-pregelatinized starch and an acid to form a starch precursor. The acid can be a weak acid that substantially avoids chelating calcium ions, or a strong acid in a small amount. In the method, pregelatinization and acid modification of the starch precursor occurs in one step in an extruder. Also disclosed are methods of preparing a board using the starch prepared according to the methods, and starches and boards prepared by various methods of the invention.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2013年10月2日に出願した米国特許出願第14/044,582号、2013年10月14日に出願した国際PCT出願第PCT/US2013/064776号、及び2014年9月23日に出願した米国特許出願第14/494,547号に基づく優先権を主張する。上記の全ての特許出願は、参照によりその全体が本明細書に援用される。
Cross-reference to related applications This application includes US Patent Application No. 14 / 044,582 filed October 2, 2013, International PCT Application No. PCT / US2013 / 064776 filed October 14, 2013, and Claims priority based on US patent application Ser. No. 14 / 494,547, filed Sep. 23, 2014. All of the above patent applications are hereby incorporated by reference in their entirety.

デンプンは概して2種類の多糖(アミロースとアミロペクチン)を含み、炭水化物として分類される。いくつかのデンプンは、通常、熱手段によってアルファ化される。概してアルファ化デンプンは、冷水と共に、分散体、ペースト、又はゲルを形成することができる。アルファ化デンプンは概して消化しやすく、様々な食品の添加剤(例えばパン焼き、スナック、飲料、糖菓、乳製品、グレービー、加工食品、ソース、及び肉において)として、ならびに医薬品において等、多数の方法で使用されてきた。   Starch generally contains two types of polysaccharides (amylose and amylopectin) and is classified as a carbohydrate. Some starches are usually pregelatinized by thermal means. Generally, pregelatinized starch can form a dispersion, paste, or gel with cold water. Pregelatinized starch is generally easy to digest and can be used in a number of ways, such as in various food additives (eg, in baked goods, snacks, beverages, confectionery, dairy products, gravies, processed foods, sauces and meats) and in pharmaceuticals. Have been used.

アルファ化デンプンの別の用途は、石膏ウォールボードの調製における用途である。この場合は、ボードの製造中、スタッコ(すなわち硫酸カルシウム半水和物の形態の焼石膏、及び/又は硫酸カルシウム無水石膏)、水、デンプン、ならびに必要に応じて他の成分が、典型的にはピンミキサー内で混合される。このピンミキサーは、当技術分野においてその用語が使用されるようなピンミキサーである。スラリーが形成され、(スキムコートが存在する場合は)スキムコートの1つが(多くの場合はミキサーの上流で)既に塗布されたカバーシートを運ぶ、移動中のコンベア上にミキサーから排出される。このスラリーは、(任意に紙上で含まれるスキムコートを有する)紙上に広げられる。スキムコートを有するか、又は有さない別のカバーシートがスラリーの上に置かれ、例えば成形プレート等を利用して、所望の厚さのサンドイッチ構造が形成される。   Another use of pregelatinized starch is in the preparation of gypsum wallboard. In this case, during the manufacture of the board, stucco (ie calcined gypsum in the form of calcium sulfate hemihydrate and / or calcium sulfate anhydrous gypsum), water, starch, and optionally other ingredients typically Are mixed in a pin mixer. This pin mixer is a pin mixer as that term is used in the art. A slurry is formed and one of the skim coats (if a skim coat is present) is discharged from the mixer onto a moving conveyor that carries the already applied cover sheet (often upstream of the mixer). This slurry is spread on paper (optionally with a skim coat included on the paper). Another cover sheet with or without a skim coat is placed on top of the slurry to form a sandwich structure of the desired thickness using, for example, a forming plate or the like.

その混合物は成形され、焼石膏と水の反応によって固化して硬化(すなわち再水和)石膏を形成し、結晶性水和石膏(すなわち硫酸カルシウム二水和物)のマトリックスを形成する。硬化石膏の連結結晶マトリックスを形成させ、それにより製品中の石膏構造に強度を与えるのは、焼石膏の望ましい水和である。残りの遊離(すなわち未反応)水を蒸発させて乾燥製品を得るには、(例えば炉内での)加熱が必要である。   The mixture is shaped and solidified by the reaction of calcined gypsum and water to form a hardened (ie, rehydrated) gypsum and form a matrix of crystalline hydrated gypsum (ie, calcium sulfate dihydrate). It is the desired hydration of calcined gypsum to form a connected crystal matrix of hardened gypsum, thereby imparting strength to the gypsum structure in the product. Heating (eg, in a furnace) is required to evaporate the remaining free (ie unreacted) water to obtain a dry product.

多くの場合、アルファ化デンプンにより、プロセスの水の必要量が増加する。水の必要量を補い、且つ製造時の充分な流動性を与えるためには、スタッコスラリーに水分を加えなくてはならない。この過剰水により、乾燥時間の増加、製造ライン速度の低下、及びエネルギーコストの上昇といった、製造時の非効率が生じる。発明者らは、アルファ化部分加水分解デンプンが必要とする水は、より少ないことを見出している。   In many cases, pregelatinized starch increases the water requirements of the process. In order to compensate for the required amount of water and to provide sufficient fluidity during production, water must be added to the stucco slurry. This excess water results in manufacturing inefficiencies such as increased drying time, reduced production line speed, and increased energy costs. The inventors have found that the pregelatinized partially hydrolyzed starch requires less water.

発明者らは、アルファ化部分加水分解デンプンの調製技術が充分に満足するものではないことも見出している。このようなアルファ化部分加水分解デンプンを調製する従来方法は効率的ではなく、生成量が少なくて生産が遅く、且つエネルギーコストが高い。したがって、当技術分野においては、特に水の必要量が少ないアルファ化部分加水分解デンプンを製造する改良方法の必要性がある。   The inventors have also found that the preparative technique of pregelatinized partially hydrolyzed starch is not fully satisfactory. Conventional methods for preparing such pregelatinized partially hydrolyzed starch are not efficient, produce less, produce slowly, and have high energy costs. Accordingly, there is a need in the art for an improved method of producing pregelatinized partially hydrolyzed starch, particularly with a low water requirement.

この背景技術の記載は、読者の一助とするために発明者らによってなされたものであり、先行技術への参照として見なされるべきではなく、あるいは示されたいずれかの問題が当技術分野において認識されていることを示すものとして見なされるべきではないことを理解されたい。記載された原理は、いくつかの観点及び実施形態において、他の系における固有の問題を軽減し得るが、保護される新考案の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定されるものであり、請求される発明の、本明細書に記載される任意の特定の問題を解決する能力によって規定されるものではないことを理解されたい。   This background description is made by the inventors to assist the reader and should not be regarded as a reference to the prior art, or any of the problems indicated are recognized in the art. It should be understood that this should not be taken as an indication of what is being done. While the described principles may alleviate inherent problems in other systems in some aspects and embodiments, the scope of the innovation to be protected is defined by the appended claims. It should be understood that the claimed invention is not to be defined by the ability to solve any particular problems described herein.

一態様においては、本発明は、アルファ化部分加水分解デンプンの作製方法を提供し、この方法は、(a)少なくとも水と、非アルファ化デンプンと、カルシウムイオンを実質的にキレート化しない弱酸とを混合して、約8重量%〜約25重量%の含水率を有する湿性デンプン前駆体を作製すること;(b)この湿性デンプン前駆体を押出機に供給すること;ならびに(c)この湿性デンプン前駆体を、約150℃(約300°F)〜約210℃(約410°F)のダイ温度で、上記の押出機でアルファ化すること及び酸変性することを含む。本発明は、この方法に従って作製されるデンプンも提供する。   In one aspect, the present invention provides a method for making pregelatinized partially hydrolyzed starch comprising: (a) at least water, non-pregelatinized starch, and a weak acid that does not substantially chelate calcium ions. To produce a wet starch precursor having a moisture content of about 8% to about 25% by weight; (b) feeding the wet starch precursor to an extruder; and (c) the wettability The starch precursor is pregelatinized and acid modified in the extruder described above at a die temperature of about 150 ° C. (about 300 ° F.) to about 210 ° C. (about 410 ° F.). The present invention also provides starch made according to this method.

別の態様においては、本発明は、アルファ化部分加水分解デンプンの作製方法を提供し、この方法は、(a)少なくとも水と、非アルファ化デンプンと、強酸とを混合して、約8重量%〜約25重量%の含水率を有する湿性デンプン前駆体を作製することであって、上記の強酸は、上記のデンプンの重量の約0.05重量%以下の量である作製すること;(b)上記の湿性デンプンを押出機に供給すること;ならびに(c)上記の湿性デンプン前駆体を、約150℃(約300°F)〜約210℃(約410°F)のダイ温度で、上記の押出機でアルファ化すること及び酸変性することを含む。本発明は、この方法に従って作製されるデンプンも提供する。   In another aspect, the present invention provides a method of making pregelatinized partially hydrolyzed starch comprising: (a) mixing at least about 8 weight percent of water, non-pregelatinized starch, and strong acid. Creating a wet starch precursor having a moisture content of from about 25% to about 25% by weight, wherein the strong acid is in an amount up to about 0.05% by weight of the weight of the starch; b) feeding the wet starch to an extruder; and (c) feeding the wet starch precursor at a die temperature of about 150 ° C (about 300 ° F) to about 210 ° C (about 410 ° F). Including pregelatinization and acid modification in the above-described extruder. The present invention also provides starch made according to this method.

別の態様においては、本発明はボードの作製方法を提供し、この方法は、(a)(i)少なくとも水と、非アルファ化デンプンと、酸とを混合して、約8重量%〜約25重量%の含水率を有する湿性デンプン前駆体を形成させることであって、上記の酸は、(1)カルシウムイオンを実質的にキレート化しない弱酸、(2)上記のデンプンの重量の約0.05重量%以下の量である強酸、又は(3)それらの任意の組合せから成る群より選択される形成させること;(ii)上記の湿性デンプン前駆体を押出機に供給すること;ならびに(iii)上記の湿性デンプンを、約150℃(約300°F)〜約210℃(約410°F)の温度のダイを有する上記の押出機でアルファ化すること及び酸変性することによってアルファ化部分加水分解デンプンを形成させること;(b)このアルファ化部分加水分解デンプンを、少なくとも水及びスタッコと混合してスラリーを形成させること;(c)このスラリーを、第1カバーシートと第2カバーシートの間に配置して、湿性組立体を形成させること;(d)この湿性組立体をボードに切断すること;ならびに(e)このボードを乾燥することを含む。いくつかの実施形態においては、硬化石膏芯は、異なる方法で調製されたデンプンを用いて作製された硬化石膏芯よりも大きい圧縮強度を有する。別の態様においては、本発明は、この方法に従って作製されたボードを提供する。   In another aspect, the present invention provides a method of making a board, comprising: (a) (i) mixing at least water, non-pregelatinized starch, and an acid from about 8% to about Forming a wet starch precursor having a moisture content of 25% by weight, the acid comprising: (1) a weak acid that does not substantially chelate calcium ions; and (2) about 0% of the weight of the starch. Forming a strong acid in an amount up to .05% by weight, or (3) selected from the group consisting of any combination thereof; (ii) feeding the wet starch precursor to the extruder; and ( iii) alphatizing the wet starch by alphalating and acid modifying the extruder with a die at a temperature of about 150 ° C (about 300 ° F) to about 210 ° C (about 410 ° F). Partial hydrolysis Forming starch; (b) mixing the pregelatinized partially hydrolyzed starch with at least water and stucco to form a slurry; (c) adding the slurry between the first cover sheet and the second cover sheet. Placing the wet assembly into a board; (d) cutting the wet assembly into a board; and (e) drying the board. In some embodiments, the hardened gypsum core has a greater compressive strength than a hardened gypsum core made with starch prepared by a different method. In another aspect, the present invention provides a board made according to this method.

図1は、時間(x軸)に対して粘度(左y軸)と温度(右y軸)とをプロットしたアミログラムである。この図は、実施例2において記載のように、試験スラリーの固体含有量10重量%で、16重量%の含水率で押出しされたデンプンのペースト化曲線を示している。FIG. 1 is an amylogram plotting viscosity (left y-axis) and temperature (right y-axis) against time (x-axis). This figure shows the pasting curve of starch extruded at a solids content of 10% by weight of the test slurry and a moisture content of 16% by weight, as described in Example 2. 図2は、時間(x軸)に対して粘度(左y軸)と温度(右y軸)とをプロットしたアミログラムである。この図は、実施例2において記載のように、試験スラリーの固体含有量10重量%で、13重量%の含水率で押出しされたデンプンのペースト化曲線を示している。FIG. 2 is an amylogram plotting viscosity (left y-axis) and temperature (right y-axis) against time (x-axis). This figure shows the pasting curve of starch extruded at a solid content of 10% by weight of the test slurry and a moisture content of 13% by weight as described in Example 2. 図3は、時間に対し温度をプロットしたグラフであり、実施例3において記載のように、3重量%の量のアルムと、それぞれ0.05重量%及び0.0625重量%の量の遅延剤とで処理したアルファ化部分加水分解デンプンを含む2つのスラリーと、773センチポアズの粘度を有し、0.05重量%の量の遅延剤を有する従来のアルファ化トウモロコシデンプンを含む3番目のスラリーの温度上昇硬化(TRS)水和速度を示している。FIG. 3 is a graph plotting temperature against time, as described in Example 3, 3% by weight of alum and 0.05% and 0.0625% by weight of retarder, respectively. Two slurries containing pregelatinized partially hydrolyzed starch treated with a third slurry containing conventional pregelatinized corn starch having a viscosity of 773 centipoise and a retarder in an amount of 0.05% by weight. Figure 2 shows the temperature rise cure (TRS) hydration rate.

本発明の実施形態は、アルファ化部分加水分解デンプンの作製方法を提供する。一態様においては、本発明はボード(例えば石膏ウォールボード)の調製方法を提供する。本発明の方法に従って作製されるアルファ化部分加水分解デンプンは、食料品(例えば、焼いてある食品、飲料、糖菓、乳製品、インスタントプリン、グレービー、スープミックス、加工食品、パイのフィリング、ソース、及び肉において)、医薬品、飼料、接着剤、ならびに着色剤において等、他の様々な方法で使用することができる。本発明のいくつかの実施形態に従って調製されるこのようなデンプンは概して消化しやすく、食品に所望の粘度を与えることができ、もとのベース材料が持つ機能特性の大半を維持することができる。   Embodiments of the present invention provide a method for making pregelatinized partially hydrolyzed starch. In one aspect, the present invention provides a method for preparing a board (eg, gypsum wallboard). The pregelatinized partially hydrolyzed starch made according to the method of the present invention is a food product (eg, baked food, beverage, confectionery, dairy product, instant pudding, gravy, soup mix, processed food, pie filling, sauce, And in meat), can be used in various other ways, such as in pharmaceuticals, feed, adhesives, and colorants. Such starches prepared according to some embodiments of the present invention are generally easy to digest, can give foods the desired viscosity, and can maintain most of the functional properties of the original base material. .

本発明の実施形態は、押出機において1工程でデンプンをアルファ化し、酸変性する驚くべき且つ予想外の発見を、少なくとも部分的に前提とする。驚くべき且つ予想外なことに、押出機において1工程でデンプンをアルファ化し酸変性することは、別工程でデンプンをアルファ化し酸変性することに比べ、かなりの利点を有する。例えば本明細書において記載されるように、アルファ化部分加水分解デンプンを作製する本発明の方法により、所望の特性(例えば粘度、流動性、冷水への溶解度等)を犠牲にすることなく、生成量が多くなり、生産が速くなり、且つエネルギーコストが低くなる。   Embodiments of the present invention are premised at least in part on the surprising and unexpected discovery of pregelatinizing and acid-modifying starch in one step in an extruder. Surprisingly and unexpectedly, pregelatinizing and acid-modifying starch in one step in an extruder has significant advantages compared to pregelatinizing and acid-modifying starch in a separate step. For example, as described herein, the method of the present invention for making pregelatinized partially hydrolyzed starch can be produced without sacrificing the desired properties (eg, viscosity, flowability, solubility in cold water, etc.) Larger quantities, faster production, and lower energy costs.

さらには、押出条件(例えば高温及び高圧)が、デンプンの酸加水分解速度を有意に増加させ得ることが見出されている。驚くべき且つ予想外なことに、この1工程プロセスは、デンプンの酸変性に対し、アルム(alum)等の弱酸、及び/又はより少量の強酸を使用することを可能にする。どちらの酸形態も、酸からのプロトンがデンプンの加水分解を触媒する機構を提供する。従来の酸変性プロセスは、精製及び中和工程を含む。弱酸(例えばアルム)及び/又は少量の強酸を使用することにより、本発明のいくつかの実施形態に従って、中和工程及びそれに続く精製工程の必要性が除かれる。精製工程は、従来のシステムでは、中和工程で生じる塩のデンプンを精製するのに必要とされる。   Furthermore, it has been found that extrusion conditions (eg high temperature and high pressure) can significantly increase the acid hydrolysis rate of starch. Surprisingly and unexpectedly, this one-step process allows the use of a weak acid, such as alum, and / or a smaller amount of a strong acid for acid modification of starch. Both acid forms provide a mechanism by which protons from the acid catalyze the hydrolysis of starch. Conventional acid modification processes include purification and neutralization steps. By using a weak acid (eg, alum) and / or a small amount of strong acid, according to some embodiments of the present invention, the need for a neutralization step and a subsequent purification step is eliminated. A purification step is required in conventional systems to purify the starch of the salt produced in the neutralization step.

押出プロセスは、本発明の実施形態に従って、デンプンをアルファ化するだけでなくデンプン分子を部分加水分解(すなわち酸変性によって)する。したがって、1工程での押出プロセスは、物理変性(アルファ化)と化学変性(酸変性、部分酸加水分解)の両方を提供する。アルファ化により、デンプンは、(例えば石膏ボードなどの最終製品に)強度を与える能力を得る。酸変性により、デンプンは有利に部分加水分解されて、石膏ボード等の最終製品に強度を与える能力を得て、且つ、石膏ボード製造プロセスの場合等の製品製造において必要とされる水が少なくなる。したがって、本発明の実施形態のデンプン調製方法による生成物は、アルファ化部分加水分解デンプンである。   The extrusion process not only pregelatinizes the starch but also partially hydrolyzes the starch molecules (ie, by acid modification) according to embodiments of the present invention. Thus, the one-step extrusion process provides both physical modification (alphalation) and chemical modification (acid modification, partial acid hydrolysis). By pregelatinization, the starch gains the ability to impart strength (eg to a final product such as gypsum board). By acid modification, starch is advantageously partially hydrolyzed to gain the ability to impart strength to the final product, such as gypsum board, and less water is required in product manufacture, such as in the gypsum board manufacturing process . Therefore, the product of the starch preparation method of the embodiment of the present invention is pregelatinized partially hydrolyzed starch.

いくつかの実施形態に従って、本発明は、高効率酸変性反応を提供する。押出機でのアルファ化及び酸変性は、本明細書において記載のように高温及び/又は高圧で生じ、その結果、酸加水分解速度は、より低温(例えば50℃)及び/又はより低圧での従来の酸加水分解速度よりも約30,000倍以上も大きくなり得る。酸加水分解速度は、デンプン前駆体中で低い水分(約8重量%〜約25重量%)レベルを用い、これにより反応物の濃度が増加することによってさらに増加する。この高効率な酸変性のため、驚くべき且つ予想外なことに、弱酸又は非常に低いレベルの強酸をデンプン前駆体で使用して最適な酸変性を達成することが可能であり、中和及び精製の必要がなくなることを発明者らは見出している。この中和及び精製は、コストがかかり、時間を消費し、従来システムでの非効率な必要事項である。   According to some embodiments, the present invention provides a highly efficient acid modification reaction. Pregelatinization and acid modification in the extruder occurs at high temperatures and / or high pressures as described herein so that the acid hydrolysis rate can be reduced at lower temperatures (eg, 50 ° C.) and / or at lower pressures. It can be about 30,000 times greater than the conventional acid hydrolysis rate. The acid hydrolysis rate is further increased by using low moisture (about 8% to about 25% by weight) levels in the starch precursor, thereby increasing the concentration of the reactants. Because of this highly efficient acid modification, it is surprising and unexpected that a weak acid or very low level of strong acid can be used in the starch precursor to achieve optimal acid modification, neutralization and The inventors have found that there is no need for purification. This neutralization and purification is costly, time consuming and an inefficient requirement with conventional systems.

いくつかの実施形態に従って、加水分解は、デンプンを最適サイズ範囲内の小さな分子に変えるよう設計される。最適サイズ範囲は、本明細書においては、アルファ化部分加水分解デンプンの望ましい粘度によって規定される。デンプンが過剰に加水分解されると、過度に小さい分子(例えば少糖類又は糖類)へと変えられ、その結果、石膏ボードの場合では、望ましい粘度を有するアルファ化部分加水分解デンプンによって与えられるボード強度よりも、ボード強度は小さくなり得る。   According to some embodiments, the hydrolysis is designed to turn starch into small molecules within the optimal size range. The optimal size range is defined herein by the desired viscosity of the pregelatinized partially hydrolyzed starch. If the starch is hydrolyzed excessively, it is converted into an excessively small molecule (eg oligosaccharides or saccharides), so that in the case of gypsum board, the board strength afforded by pregelatinized partially hydrolyzed starch with the desired viscosity Rather, the board strength can be smaller.

アルファ化部分加水分解デンプンは、(i)少なくとも水と、非アルファ化デンプンと、酸とを混合して、約8重量%〜約25重量%の含水率を有する湿性デンプン前駆体を形成させることによって調製することができる。上記の酸は、(1)カルシウムイオンを実質的にキレート化しない弱酸、(2)デンプンの重量の約0.05重量%以下の量である強酸、又は(3)それらの任意の組合せであることができる。湿性デンプン前駆体は、本明細書において記載されるような高いダイ温度及び/又は高圧で、押出機において1工程でアルファ化され、酸変性される。デンプンは、例えば本明細書において記載されるような望ましい粘度になる程度まで加水分解される。   The pregelatinized partially hydrolyzed starch comprises (i) mixing at least water, non-pregelatinized starch, and an acid to form a wet starch precursor having a moisture content of about 8 wt% to about 25 wt%. Can be prepared. The acid is (1) a weak acid that does not substantially chelate calcium ions, (2) a strong acid in an amount up to about 0.05% by weight of the starch, or (3) any combination thereof. be able to. The wet starch precursor is pregelatinized and acid modified in one step in an extruder at high die temperatures and / or high pressures as described herein. The starch is hydrolyzed to the desired viscosity, for example as described herein.

したがって、いくつかの実施形態においては、アルファ化部分加水分解デンプンは、少なくとも水と、非アルファ化デンプンと、カルシウムイオンを実質的にキレート化しない弱酸とを混合して、約8重量%〜約25重量%の含水率を有する湿性デンプン前駆体を作製することによって作製することができる。次いで湿性デンプンを押出機に供給する。約150℃(約300°F)〜約210℃(約410°F)のダイ温度の押出機の中にある間に、湿性デンプンはアルファ化され、少なくとも部分的に加水分解されるよう酸変性される。   Thus, in some embodiments, the pregelatinized partially hydrolyzed starch is about 8 wt% to about about wt% mixed with at least water, non-pregelatinized starch, and a weak acid that does not substantially chelate calcium ions. It can be made by making a wet starch precursor having a moisture content of 25% by weight. The wet starch is then fed to the extruder. While in an extruder at a die temperature of about 150 ° C. (about 300 ° F.) to about 210 ° C. (about 410 ° F.), the wet starch is pregelatinized and acid-modified so that it is at least partially hydrolyzed. Is done.

さらなる実施形態においては、アルファ化部分加水分解デンプンは、少なくとも水と、非アルファ化デンプンと、強酸とを混合して、約8重量%〜約25重量%の含水率を有する湿性デンプン前駆体を作製することによって作製することができ、上記の強酸は、上記のデンプンの重量の約0.05重量%以下の量である。次いで湿性デンプンを押出機に供給する。約150℃(約300°F)〜約210℃(約410°F)のダイ温度の押出機の中にある間に、湿性デンプンはアルファ化され、少なくとも部分的に加水分解されるよう酸変性される。   In a further embodiment, the pregelatinized partially hydrolyzed starch comprises at least water, non-pregelatinized starch, and a strong acid to provide a wet starch precursor having a moisture content of about 8 wt% to about 25 wt%. And the strong acid is in an amount up to about 0.05% by weight of the weight of the starch. The wet starch is then fed to the extruder. While in an extruder at a die temperature of about 150 ° C. (about 300 ° F.) to about 210 ° C. (about 410 ° F.), the wet starch is pregelatinized and acid-modified so that it is at least partially hydrolyzed. Is done.

得られるアルファ化部分加水分解デンプンは、スタッコスラリー中に組み入れられた際、必要とする水の量が少ないことが望ましく、いくつかの実施形態においては、良好な強度を有するボード(例えば石膏ボード)の製造において有用であり得る。したがって別の態様においては、本発明は、押出機において1工程でアルファ化して酸変性する本発明の方法を用いて調製したデンプンを使用した、石膏ボードの作製方法を提供する。いくつかの実施形態においては、本発明の実施形態に従って調製したアルファ化部分加水分解デンプンは、当業者に公知の他のアルファ化デンプンと比較して、水の必要量が少ない。   Desirably, the resulting pregelatinized partially hydrolyzed starch requires less water when incorporated into a stucco slurry, and in some embodiments a board with good strength (eg, gypsum board) May be useful in the manufacture of Thus, in another aspect, the present invention provides a method for making gypsum board using starch prepared using the method of the present invention that is alpha-modified and acid-modified in one step in an extruder. In some embodiments, pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention requires less water than other pregelatinized starches known to those skilled in the art.

その結果、本発明の実施形態に従って調製したアルファ化部分加水分解デンプンは、(例えば供給ラインによってピンミキサーへと)、良好な流動性を有してスタッコスラリーに組み入れられる。いくつかの実施形態においては、より高い強度と、より低いボード密度を得ることができるように、より多くの量の、本発明の実施形態に従って調製したアルファ化部分加水分解デンプンを組み入れることができる。これは、系に過剰な水を加える必要がないからである。得られるボードは、良好な強度特性を示す(例えば良好な芯硬度、釘抜き抵抗性、圧縮強度等、又は本明細書において提供される各値の任意の組合せに基づくそれらの間の関連性を有すること)。有利なことに、本発明の方法に従って調製したデンプンを石膏ボードの製造中に組み入れることにより、強度が増加するため、超低密度製品を製造することが可能になる。石膏ボードは、例えば石膏ウォールボード(しばしば乾式壁と呼ばれる)の形態であることができ、この石膏ウォールボードは、当業者には理解されるように、壁用だけでなく天井や他の場所用に使用されるボードも包含することができる。しかしながら、本方法に従って調製されるデンプンは、食品における用途等の他の用途も有することができる。
アルファ化及び酸変性
As a result, pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention (e.g., through a feed line to a pin mixer) is incorporated into a stucco slurry with good flowability. In some embodiments, higher amounts of pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention can be incorporated so that higher strength and lower board density can be obtained. . This is because it is not necessary to add excess water to the system. The resulting board exhibits good strength properties (eg, good core hardness, nail resistance, compressive strength, etc., or a relationship between them based on any combination of values provided herein. about). Advantageously, the incorporation of starch prepared according to the method of the present invention during the production of gypsum board increases the strength, making it possible to produce very low density products. The gypsum board can be in the form of, for example, gypsum wallboard (often referred to as drywall), and this gypsum wallboard is not only for walls, but also for ceilings and other places, as will be appreciated by those skilled in the art. Can also be used. However, the starch prepared according to this method can also have other uses such as in food.
Alpha and acid denaturation

デンプンは炭水化物に分類され、2種類の多糖、すなわち直鎖アミロース及び分岐鎖アミロペクチンを含有する。デンプン細粒は、例えば偏光下で見られるように半結晶性であり、室温で不溶性である。糊化は、デンプン細粒の結晶構造が融解するよう、デンプンが水中で加熱され(「加熱処理され」)、デンプン分子が水に溶解し、良好に分散する過程である。デンプン細粒は水不溶性であるので、デンプン細粒が糊化形態に変化する際、初期段階では水中でほとんど粘度を示さないことがわかっている。温度が上昇するとデンプン細粒は膨潤し、結晶構造は糊化温度で融解する。ピーク粘度は、デンプン細粒が最大に膨潤した場合に得られる。さらに加熱するとデンプン細粒は壊れ、デンプン分子は水に溶解し、粘度は急激に減少する。冷却後、デンプン分子は再会合して3−Dゲル構造を形成し、このゲル構造に起因して粘度は増加する。いくつかの市販のデンプンはアルファ化形態で販売され、他のデンプンは細粒形態で販売される。本発明のいくつかの実施形態に従って、石膏ボードに関し、細粒形態は少なくともある程度の糊化を受ける。例示すると、石膏ボードに関し、デンプンは、本明細書においてはスタッコスラリーとも呼ばれる石膏スラリーへ(通常、例えばピンミキサー等のミキサー内で)加えられる前にアルファ化される。   Starch is classified as a carbohydrate and contains two types of polysaccharides: linear amylose and branched amylopectin. Starch granules are semicrystalline, for example as seen under polarized light, and are insoluble at room temperature. Gelatinization is a process in which starch is heated in water ("heated") so that starch crystal grains melt and starch molecules dissolve in water and disperse well. Since starch granules are insoluble in water, it has been found that when starch granules change to a gelatinized form, they show little viscosity in water at an early stage. As the temperature rises, the starch granules swell and the crystal structure melts at the gelatinization temperature. Peak viscosity is obtained when the starch granules swell to the maximum. Upon further heating, the starch granules break, starch molecules dissolve in water and the viscosity decreases rapidly. After cooling, the starch molecules reassociate to form a 3-D gel structure, and the viscosity increases due to this gel structure. Some commercially available starches are sold in pregelatinized form and others are sold in fine grain form. In accordance with some embodiments of the present invention, for a gypsum board, the fine grain form undergoes at least some degree of gelatinization. Illustratively, for gypsum board, the starch is pregelatinized before being added (usually in a mixer such as a pin mixer) to a gypsum slurry, also referred to herein as a stucco slurry.

したがって本明細書において使用される場合、「アルファ化」とは、例えば石膏スラリーに組み入れられる前に、又は他の用途での使用のために、デンプンが任意の程度、糊化されていることを意味する。石膏ボードに関するいくつかの実施形態においては、アルファ化デンプンは、スラリーに組み入れられる際に部分的に糊化され得るが、例えば過剰な水を除去する工程中の炉内で、高温に曝された際に完全に糊化される。石膏ボードに関するいくつかの実施形態においては、デンプンが、粘度変性混和(VMA)法に従った条件下で、いくつかの実施形態の中程度の粘度特性を満たす場合は、アルファ化デンプンは、炉を出る時であっても完全に糊化されていない。   Thus, as used herein, “pregelatinized” means that the starch has been gelatinized to any degree, for example, before being incorporated into a gypsum slurry or for other uses. means. In some embodiments related to gypsum board, pregelatinized starch can be partially gelatinized when incorporated into the slurry, but has been exposed to high temperatures, for example, in an oven during the process of removing excess water. When fully gelatinized. In some embodiments related to gypsum board, pregelatinized starch is used in the oven if the starch meets the moderate viscosity characteristics of some embodiments under conditions according to the viscosity modified blending (VMA) method. Even when leaving, it is not completely gelatinized.

本明細書において粘度について言及する際は、別段の定めが無い限り、粘度はVMA法に従うものである。この方法に従って、粘度は、同心円筒を備えるDiscovery HR−2ハイブリッドレオメーター(TA Instruments Ltd)、羽根形状(直径28mm、長さ42.05mm)を有する標準カップ(直径30mm)を使用して測定する。   In the present specification, when referring to viscosity, unless otherwise specified, the viscosity is in accordance with the VMA method. According to this method, viscosity is measured using a Discovery HR-2 hybrid rheometer (TA Instruments Ltd) with a concentric cylinder, a standard cup (diameter 30 mm) with a blade shape (28 mm diameter, 42.05 mm length). .

デンプンが得られたら、示差走査熱量測定(DSC)技術を使用して、デンプンが完全に糊化されているかどうかを測定する。DSC工程を使用して、デンプンが完全に糊化されているかどうかを観測することができ、例えば老化が生じていないことを確かめることができる。デンプンを完全に糊化するために必要な温度に応じ、2つの手順のうちの1つが適用される。当業者に理解されるように、その温度もDSCによって決定され得る。   Once the starch is obtained, a differential scanning calorimetry (DSC) technique is used to determine whether the starch is fully gelatinized. A DSC process can be used to observe whether the starch is fully gelatinized, for example to ensure that no aging has occurred. Depending on the temperature required to fully gelatinize the starch, one of two procedures is applied. As will be appreciated by those skilled in the art, the temperature can also be determined by DSC.

デンプンが完全に糊化されているか、又は90℃以下の糊化温度を有することがDSCにより明らかになった場合、手順1を使用する。糊化温度が90℃よりも高い場合、手順2を使用する。粘度はデンプンが水中にある間に測定するので、手順2では、密封容器中での加圧加熱処理を用いて100℃よりも高い温度へ過熱し、明らかな水の蒸発を生じさせない。下記で論じるように、手順1は、糊化用の加圧条件を作り出すことのできない開放系のレオメーター内で糊化が起こるので、既に完全に糊化されたデンプン又は90℃以下の糊化温度を有するデンプン用のものである。したがって手順2は、より高い糊化温度を有するデンプンで行われる。どちらの方法でも、粘度を測定する際は、総重量50gに対してデンプン(7.5g、乾燥基準)を水に加える。   If DSC reveals that the starch is fully gelatinized or has a gelatinization temperature of 90 ° C. or less, use Procedure 1. If the gelatinization temperature is higher than 90 ° C., use procedure 2. Since the viscosity is measured while the starch is in water, procedure 2 uses a pressure heat treatment in a sealed container to overheat to temperatures above 100 ° C. and does not cause obvious water evaporation. As discussed below, step 1 is already fully gelatinized starch or gelatinization below 90 ° C. because gelatinization occurs in an open rheometer that cannot create pressure conditions for gelatinization. For starch with temperature. Procedure 2 is thus performed with starch having a higher gelatinization temperature. In both methods, when measuring the viscosity, starch (7.5 g, dry basis) is added to water for a total weight of 50 g.

手順1では、デンプンを水中に分散させ(デンプン及び水の総重量の15%のデンプン)、試料を直ちにシリンダーセルに移す。セルをアルミニウム箔で覆う。試料を、せん断速度200s−1で、25℃から90℃に5℃/分で加熱する。試料を、せん断速度200s−1で、90℃で10分間保持する。試料を、せん断速度200s−1で、90℃から80℃に5℃/分で冷却する。試料を、せん断速度0s−1で、80℃で10分間保持する。試料の粘度を、80℃及びせん断速度100s−1で2分間測定する。粘度は、30秒から60秒の測定の平均である。 In procedure 1, starch is dispersed in water (starch and starch 15% of the total weight of water) and the sample is immediately transferred to a cylinder cell. Cover the cell with aluminum foil. The sample is heated from 25 ° C. to 90 ° C. at 5 ° C./min with a shear rate of 200 s −1 . The sample is held at 90 ° C. for 10 minutes at a shear rate of 200 s −1 . The sample is cooled from 90 ° C. to 80 ° C. at 5 ° C./min at a shear rate of 200 s −1 . The sample is held at 80 ° C. for 10 minutes at a shear rate of 0 s −1 . The viscosity of the sample is measured at 80 ° C. and a shear rate of 100 s −1 for 2 minutes. Viscosity is the average of measurements from 30 seconds to 60 seconds.

手順2を、90℃より高い糊化温度を有するデンプンで使用する。デンプンは、デンプン産業において周知の方法に従って(例えば、加圧加熱処理によって)糊化させる。糊化デンプン水溶液(総重量の15%)を直ちにレオメーター計量カップ内に移し、80℃で10分間平衡に保つ。試料の粘度を、80℃及びせん断速度100s−1で2分間測定する。粘度は、30秒から60秒の測定の平均である。 Procedure 2 is used with starches having a gelatinization temperature higher than 90 ° C. The starch is gelatinized according to methods well known in the starch industry (eg, by pressure heat treatment). The aqueous gelatinized starch solution (15% of the total weight) is immediately transferred into a rheometer measuring cup and allowed to equilibrate at 80 ° C. for 10 minutes. The viscosity of the sample is measured at 80 ° C. and a shear rate of 100 s −1 for 2 minutes. Viscosity is the average of measurements from 30 seconds to 60 seconds.

ビスコグラフ及びDSCは、デンプン糊化を表す2つの異なる方法である。デンプン糊化度は、例えばピーク面積(結晶の融解)を計算に用いて、例えばDSCからのサーモグラムより決定することができる。ビスコグラム(ビスコグラフからのもの)は、部分糊化度を決定するにはあまり望ましくはないが、例えばデンプンの粘度変化、糊化最大値、糊化温度、老化、保持時の粘度、冷却終了時の粘度等のデータを得るのに優れたツールである。糊化度を決定するには、過剰水の存在下で、特に重量で67%以上の過剰水の存在下でDSC測定を行う。デンプン/水混合物の含水率が67%未満の場合、糊化温度は含水率が低下するにつれて上昇するであろう。利用可能な水が限られる場合は、デンプン結晶を融解することは困難である。デンプン/水混合物の含水率が67%に達している場合、デンプン/水混合物にさらに多くの水がどれだけ追加されようと、糊化温度は一定のままであろう。糊化開始温度は、糊化の始まる温度を示す。糊化終了温度は、糊化の終わる温度を示す。糊化のエンタルピーは、糊化中に融解した結晶構造の量を表す。デンプンDSCサーモグラムからのエンタルピーを用いることにより、糊化度を示すことができる。   Viscograph and DSC are two different ways of representing starch gelatinization. The degree of starch gelatinization can be determined, for example, from a thermogram from DSC, using, for example, the peak area (crystal melting). Viscograms (from Viscograph) are less desirable for determining the degree of partial gelatinization, but for example, starch viscosity change, gelatinization maximum, gelatinization temperature, aging, viscosity at holding, cooling completed It is an excellent tool for obtaining data such as viscosity at time. To determine the degree of gelatinization, DSC measurement is performed in the presence of excess water, particularly in the presence of 67% or more excess water by weight. If the moisture content of the starch / water mixture is less than 67%, the gelatinization temperature will increase as the moisture content decreases. If the available water is limited, it is difficult to melt the starch crystals. If the moisture content of the starch / water mixture reaches 67%, the gelatinization temperature will remain constant no matter how much more water is added to the starch / water mixture. The gelatinization start temperature indicates the temperature at which gelatinization starts. The gelatinization end temperature indicates the temperature at which gelatinization ends. The enthalpy of gelatinization represents the amount of crystal structure that has melted during gelatinization. By using the enthalpy from the starch DSC thermogram, the degree of gelatinization can be indicated.

異なるデンプンは、異なる糊化開始温度、終了温度及び糊化エンタルピーを有する。したがって、異なるデンプンは、異なる温度で完全に糊化してもよい。デンプンは、過剰水中で糊化終了温度を超えて加熱される場合に完全に糊化することが理解されるであろう。さらには、任意の特定のデンプンでは、デンプンが糊化終了温度よりも低い温度で加熱される場合は、デンプンは部分糊化するであろう。したがって、部分糊化及び不完全糊化は、例えばDSCによって測定されるように、デンプンが過剰水の存在下で糊化終了温度よりも低い温度で加熱される場合に起こるであろう。完全糊化は、例えばDSCによって測定されるように、デンプンが過剰水の存在下で糊化終了温度よりも高い温度で加熱される場合に起こるであろう。糊化度は異なる方法で調整することができ、例えばデンプンを糊化終了温度よりも低い温度で加熱して部分糊化を形成させることによって調整することができる。例えば、デンプンを完全に糊化するエンタルピーが4J/gであるとすると、デンプンの糊化エンタルピーが2J/gのみであるとDSCが示す場合、50%のデンプンが糊化していることを意味する。完全糊化デンプンは、DSCによって測定された場合、DSCサーモグラムの糊化ピーク(エンタルピー=0J/g)を有さないであろう。   Different starches have different gelatinization start temperatures, finish temperatures and gelatinization enthalpies. Accordingly, different starches may be fully gelatinized at different temperatures. It will be appreciated that starch is fully gelatinized when heated above excess gelatinization temperature in excess water. Furthermore, for any particular starch, if the starch is heated at a temperature below the gelatinization end temperature, the starch will partially gelatinize. Thus, partial gelatinization and incomplete gelatinization will occur when the starch is heated below the gelatinization end temperature in the presence of excess water, as measured, for example, by DSC. Full gelatinization will occur when starch is heated above the gelatinization end temperature in the presence of excess water, as measured, for example, by DSC. The degree of gelatinization can be adjusted in different ways, for example by adjusting the starch at a temperature below the gelatinization end temperature to form a partial gelatinization. For example, if the enthalpy to fully gelatinize the starch is 4 J / g, if DSC indicates that the starch has a gelatinization enthalpy of only 2 J / g, this means that 50% of the starch is gelatinized. . Fully gelatinized starch will not have a DSC thermogram gelatinization peak (enthalpy = 0 J / g) as measured by DSC.

述べたように、糊化度は、好適な任意量であることができ、例えば約70%以上等である。しかしながら、糊化度が低くなると細粒デンプンに近くなり、本発明のいくつかの実施形態での強度向上、より優れた(より完全な)分散、及び/又は水必要量の減少という利点を最大限に利用できない可能性がある。したがって、いくつかの実施形態においては、より高い糊化度であることが好ましく、例えば約75%以上、約80%以上、約85%以上、約90%以上、約95%以上、約97%以上、約99%以上又は完全(100%)の糊化であることが好ましい。石膏ボードの場合、より低い糊化度を有するデンプンをスラリーに加えて、炉内でさらなる糊化(例えば100%まで)を生じさせることができる。スラリーへ加える目的では、「完全糊化」とは、デンプンが糊化温度以上で充分に加熱処理されるか、又は、デンプンが充分に加熱処理されて、DSC技術によって見られ得るような完全糊化を他の方法で達成することであると理解されるであろう。デンプンは、冷却による一部のわずかな老化が予想されてもよいが、そうであっても、当業者が認識するようないくつかの実施形態においては、石膏スラリーへの添加又は他の用途での使用では、「完全糊化」しているとして理解されるであろう。対照的に、こうした老化は、本明細書において論じられるVMA法では、粘度測定を行うことにおいて許容されない。   As stated, the degree of gelatinization can be any suitable amount, for example about 70% or more. However, a lower degree of gelatinization is closer to fine starch and maximizes the benefits of increased strength, better (more complete) dispersion, and / or reduced water requirements in some embodiments of the invention. May not be available to the limit. Thus, in some embodiments, a higher degree of gelatinization is preferred, such as about 75% or more, about 80% or more, about 85% or more, about 90% or more, about 95% or more, about 97%. As described above, gelatinization of about 99% or more or complete (100%) is preferable. In the case of gypsum board, starch with a lower degree of gelatinization can be added to the slurry to cause further gelatinization (eg up to 100%) in the oven. For purposes of addition to the slurry, “complete gelatinization” means that the starch is fully heat treated above the gelatinization temperature, or the starch is fully heat treated and can be seen by DSC technology. It will be understood that this is achieved in other ways. The starch may be expected to have some slight aging due to cooling, but in some embodiments as recognized by those skilled in the art, starch may be added to the gypsum slurry or otherwise used. Will be understood as being "completely gelatinized". In contrast, such aging is not acceptable in making viscosity measurements with the VMA method discussed herein.

デンプン分子を酸変性して、例えばグルコース単位間のグリコシド結合を加水分解し、所望の分子量を得ることができる。分子量が減少するよう、デンプンを酸変性することの1つの利点は、水必要量が減少することであろう。酸変性されていない従来のアルファ化デンプンの水必要量は非常に多く、高いエネルギーコストを伴う。より効率的且つ低コストの傾向があるため、変性は、糊化の前に生じることが概して好ましいと従来考えられてきた。しかしながら驚くべき且つ予想外なことに、アルファ化及び酸変性は、連続して起きるのではなく同時に起きるよう、1工程に組み入れることができることを発明者らは見出している。   Starch molecules can be acid modified to hydrolyze, for example, glycosidic bonds between glucose units to obtain the desired molecular weight. One advantage of acid-modifying starch to reduce molecular weight would be to reduce water requirements. The water requirement of conventional pregelatinized starch that has not been acid-modified is very high, with high energy costs. It has traditionally been thought that denaturation is generally preferred to occur prior to gelatinization because it tends to be more efficient and less costly. Surprisingly and unexpectedly, however, the inventors have found that pregelatinization and acid modification can be combined in one step so that they occur simultaneously rather than sequentially.

デンプン調製方法
本発明のいくつかの実施形態に従って、押出機に入れる前に湿性デンプン前駆体を調製する。湿性デンプン前駆体は、好適な任意の方法によって調製することができる。例えば、いくつかの実施形態においては、湿性デンプン前駆体は、デンプン原料、水及び酸を合わせることによって調製する。この酸は、(a)カルシウムイオンを実質的にキレート化しない弱酸、及び/又は(b)少量の強酸である。
Starch Preparation Method According to some embodiments of the present invention, a wet starch precursor is prepared prior to entering the extruder. The wet starch precursor can be prepared by any suitable method. For example, in some embodiments, the wet starch precursor is prepared by combining starch raw material, water and acid. The acid is (a) a weak acid that does not substantially chelate calcium ions, and / or (b) a small amount of strong acid.

デンプン原料を使用して、例えば本発明のいくつかの実施形態の中程度の粘度特性に適合するもの等のアルファ化部分加水分解デンプンを作製することができるのであれば、任意の好適なデンプン原料を選択して湿性デンプン前駆体を調製することができる。本明細書において使用される場合、「デンプン」は、デンプン成分を含む組成物を指す。よってデンプンは、100%純粋なデンプンであることができ、又はデンプン成分がデンプン組成物の約75重量%以上を構成するのであれば、タンパク質及び繊維等、穀粉で一般に見られる成分等の他の成分を有していてもよい。デンプンは、デンプンを含有する穀粉(例えばコーンフラワー)の形態であることができ、穀粉の約75重量%以上、例えば約80%以上、約85%以上、約90%以上、約95%以上等のデンプンを有する穀粉等であることができる。好適な任意の未変性デンプン又は穀粉を使用して、本発明のアルファ化部分加水分解デンプン前駆体を調製することができる。例えばデンプンは、CCM260黄色コーンミール、CCF600黄色コーンフラワー(Bunge North America)、Clinton 106(ADM)、及び/又はMidsol 50(MGP Ingredients)であることができる。   Any suitable starch material can be used so long as the starch material can be used to make a pregelatinized partially hydrolyzed starch, such as one that meets the moderate viscosity characteristics of some embodiments of the present invention. Can be selected to prepare a wet starch precursor. As used herein, “starch” refers to a composition that includes a starch component. Thus, the starch can be 100% pure starch, or other ingredients such as those commonly found in flour, such as protein and fiber, if the starch component constitutes about 75% or more by weight of the starch composition. You may have a component. The starch can be in the form of starch-containing flour (eg, corn flour), such as greater than about 75% by weight of the flour, such as greater than about 80%, greater than about 85%, greater than about 90%, greater than about 95%, etc. Or flour with a starch. Any suitable unmodified starch or flour can be used to prepare the pregelatinized partially hydrolyzed starch precursor of the present invention. For example, the starch can be CCM260 yellow corn meal, CCF600 yellow corn flour (Bunge North America), Clinton 106 (ADM), and / or Midsol 50 (MGP Ingredients).

湿性デンプン前駆体は、押出機で所望のレベルのアルファ化及び変性が得られるよう、好適な任意の含水率を有するように調製することができる。いくつかの実施形態においては、例えば湿性デンプン前駆体は、デンプン前駆体総重量の約8重量%〜約25重量%の含水率を有することが望ましく、例えば約8重量%〜約23重量%、例えば約8重量%〜約21重量%、約8重量%〜約20重量%、約8重量%〜約19重量%、約8重量%〜約18重量%、約8重量%〜約17重量%、約8重量%〜約16重量%、約8重量%〜約15重量%、約9重量%〜約25重量%、約9重量%〜約23重量%、約9重量%〜約21重量%、約9重量%〜約20重量%、約9重量%〜約19重量%、約9重量%〜約18重量%、約9重量%〜約17重量%、約9重量%〜約16重量%、約9重量%〜約15重量%、約10重量%〜約25重量%、約10重量%〜約23重量%、約10重量%〜約21重量%、約10重量%〜約20重量%、約10重量%〜約19重量%、約10重量%〜約18重量%、約10重量%〜約17重量%、約10重量%〜約16重量%、約10重量%〜約15重量%、約11重量%〜約25重量%、約11重量%〜約23重量%、約11重量%〜約21重量%、約11重量%〜約20重量%、約11重量%〜約19重量%、約11重量%〜約18重量%、約11重量%〜約17重量%、約11重量%〜約16重量%、約11重量%〜約15重量%、約12重量%〜約25重量%、約12重量%〜約23重量%、約12重量%〜約21重量%、約12重量%〜約20重量%、約12重量%〜約19重量%、約12重量%〜約18重量%、約12重量%〜約17重量%、約12重量%〜約16重量%、約12重量%〜約15重量%、約13重量%〜約25重量%、約13重量%〜約23重量%、約13重量%〜約21重量%、約13重量%〜約20重量%、約13重量%〜約19重量%、約13重量%〜約18重量%、約13重量%〜約17重量%、約13重量%〜約16重量%、約13重量%〜約15重量%、約14重量%〜約25重量%、約14重量%〜約23重量%、約14重量%〜約21重量%、約14重量%〜約20重量%、約14重量%〜約19重量%、約14重量%〜約18重量%、約14重量%〜約17重量%、約14重量%〜約16重量%、又は約14重量%〜約15重量%の含水率であり、全て湿性デンプン前駆体の総重量に基づく。湿性デンプンの調製時、本明細書において記載される含水率は、周囲環境の水分と、加えられた水とを含むことが理解されるであろう。   The wet starch precursor can be prepared to have any suitable moisture content so that the desired level of pregelatinization and modification is obtained in the extruder. In some embodiments, for example, the wet starch precursor desirably has a moisture content of from about 8% to about 25% by weight of the total starch precursor weight, such as from about 8% to about 23%, For example, about 8% to about 21%, about 8% to about 20%, about 8% to about 19%, about 8% to about 18%, about 8% to about 17% by weight. About 8% to about 16%, about 8% to about 15%, about 9% to about 25%, about 9% to about 23%, about 9% to about 21% by weight About 9 wt% to about 20 wt%, about 9 wt% to about 19 wt%, about 9 wt% to about 18 wt%, about 9 wt% to about 17 wt%, about 9 wt% to about 16 wt% About 9% to about 15%, about 10% to about 25%, about 10% to about 23%, about 10% to about 21% %, About 10% to about 20%, about 10% to about 19%, about 10% to about 18%, about 10% to about 17%, about 10% to about 16%. %, About 10% to about 15%, about 11% to about 25%, about 11% to about 23%, about 11% to about 21%, about 11% to about 20%. %, About 11% to about 19%, about 11% to about 18%, about 11% to about 17%, about 11% to about 16%, about 11% to about 15%. %, About 12% to about 25%, about 12% to about 23%, about 12% to about 21%, about 12% to about 20%, about 12% to about 19%. %, About 12% to about 18%, about 12% to about 17%, about 12% to about 16%, about 12% to about 15 wt%, about 13 wt% to about 25 wt%, about 13 wt% to about 23 wt%, about 13 wt% to about 21 wt%, about 13 wt% to about 20 wt%, about 13 wt% to about 19%, about 13% to about 18%, about 13% to about 17%, about 13% to about 16%, about 13% to about 15%, about 14% to about 25%, about 14% to about 23%, about 14% to about 21%, about 14% to about 20%, about 14% to about 19%, about 14% to about 18% by weight, about 14% to about 17% by weight, about 14% to about 16% by weight, or about 14% to about 15% by weight, all based on the total weight of the wet starch precursor . When preparing wet starch, it will be understood that the moisture content described herein includes ambient moisture and added water.

いかなる特定の理論にも拘束されることを望むものではないが、含水率が低いと、押出機中での摩擦が大きくなると考えられる。いくつかの実施形態においては、湿性デンプンが押出機を簡単に通過してしまうことが摩擦によって防がれるよう、湿性デンプンは、押出機を通って供給される際に充分な機械エネルギーが加えられる含水率を有するように調製することができる。摩擦が大きくなると、デンプン中の水素結合の切断が増加し得る。   While not wishing to be bound by any particular theory, it is believed that lower moisture content results in greater friction in the extruder. In some embodiments, wet starch is loaded with sufficient mechanical energy when fed through the extruder so that friction prevents the wet starch from easily passing through the extruder. It can be prepared to have a moisture content. As friction increases, the breaking of hydrogen bonds in starch can increase.

カルシウムイオンを実質的にキレート化しない、好適な任意の弱酸を湿性デンプンに混合してもよい。いかなる特定の理論にも拘束されることを望むものではないが、キレート化は、例えば弱酸がカルシウムと配位錯体を形成すること、あるいはそうでない場合は石膏スラリー内での石膏結晶の生成を妨げることを含む。このような妨げにより、生成する石膏結晶数の減少、結晶生成の遅延(速度減少)、石膏結晶間の相互作用の減少となる可能性がある。カルシウムイオンをキレート化しないことに関して、「実質的に」という用語は、利用できるカルシウムイオンの90%以上(例えば92%以上、95%以上、96%以上、97%以上、98%以上、又は99%以上)が酸とキレートを形成していないことを概して意味する。   Any suitable weak acid that does not substantially chelate calcium ions may be mixed into the wet starch. While not wishing to be bound by any particular theory, chelation prevents, for example, the weak acid from forming a coordination complex with calcium or otherwise preventing the formation of gypsum crystals in the gypsum slurry. Including that. Such hindrance can result in a decrease in the number of gypsum crystals produced, a delay in crystal formation (decrease in speed), and a decrease in interactions between gypsum crystals. With respect to not chelating calcium ions, the term “substantially” refers to 90% or more of available calcium ions (eg, 92% or more, 95% or more, 96% or more, 97% or more, 98% or more, or 99% %) Generally does not form a chelate with the acid.

本発明の実施形態の弱酸は、約1〜約6のpKa値、例えば約1〜約5、約1〜4、約1〜3、約1〜2、約1.2〜約6、約1.2〜約5、約1.2〜約4、約1.2〜約3、約1.2〜約2、約2〜約6、約2〜約5、約2〜約4、約2〜約3、約3〜約6、約3〜約5、約3〜約4、約4〜約6、又は約4〜約5のpKa値を有するものとして規定することができる。当業者に理解されるように、pKa値は酸の強さの尺度であり;pKa値が低くなると酸は強くなる。   Weak acids of embodiments of the present invention have a pKa value of about 1 to about 6, such as about 1 to about 5, about 1-4, about 1-3, about 1-2, about 1.2 to about 6, about 1. About 2 to about 5, about 1.2 to about 4, about 1.2 to about 3, about 1.2 to about 2, about 2 to about 6, about 2 to about 5, about 2 to about 4, about 2 To about 3, about 3 to about 6, about 3 to about 5, about 3 to about 4, about 4 to about 6, or about 4 to about 5. As will be appreciated by those skilled in the art, the pKa value is a measure of the strength of the acid; the lower the pKa value, the stronger the acid.

カルシウムイオンを実質的にキレート化しない弱酸は、例えばカルシウムイオンに結合する傾向がある複数のカルボキシル官能基(COO‐)のような複数の結合部位がないことによって特徴づけられる。いくつかの実施形態においては、例えばキレート化が最小限となる(すなわち実質的にない)ように、又は弱酸の非存在下での石膏結晶生成と比較して、石膏結晶生成が実質的に影響されないように、弱酸は、複数の‐COO‐基等の複数の結合部位を最小限の量で有するか、又は複数の‐COO‐基等の複数の結合部位を実質的に有しない。いくつかの実施形態においては、例えば硫酸アルミニウム(アルム)は、カルシウムイオンを実質的にキレート化しないので、湿性デンプンの調製で使用するのに好適な弱酸である。アルムは、複数の結合部位を有しない。   Weak acids that do not substantially chelate calcium ions are characterized by the absence of multiple binding sites such as multiple carboxyl functional groups (COO-) that tend to bind calcium ions. In some embodiments, gypsum crystal formation is substantially affected, for example, such that chelation is minimized (ie substantially free) or compared to gypsum crystal formation in the absence of weak acids. As such, the weak acid has a minimal amount of binding sites, such as multiple —COO— groups, or is substantially free of multiple binding sites, such as —COO— groups. In some embodiments, for example, aluminum sulfate (alum) is a weak acid suitable for use in preparing wet starch because it does not substantially chelate calcium ions. Alum does not have multiple binding sites.

いくつかの実施形態においては、アルムは、好適な任意の形態で湿性デンプン前駆体に加え、例えば所望の固体含有率のアルム含有液体として加える。例えばアルム液(liquid alum)は、好適な任意量でアルムが存在する水溶液中に含まれることができる。他の弱酸を同様に加えることができる。   In some embodiments, alum is added to the wet starch precursor in any suitable form, eg, as an alum-containing liquid with a desired solids content. For example, liquid alum can be included in an aqueous solution in which alum is present in any suitable amount. Other weak acids can be added as well.

アルファ化部分加水分解デンプンが所望の粘度と少ない水必要量を有して調製され、且つ糖へと過剰に加水分解されないよう、湿性デンプンは、カルシウムイオンを実質的にキレート化しない弱酸を好適な任意量含むよう混合することができる。例えば、いくつかの実施形態においては、このような弱酸は、デンプンの重量に基づき約0.5重量%〜約5重量%の量で含まれ、例えば約0.5重量%〜約4.5重量%、例えば約0.5重量%〜約4重量%、約0.5重量%〜約3.5重量%、約0.5重量%〜約3重量%、約1重量%〜約5重量%、約1重量%〜約4.5重量%、約1重量%〜約4重量%、約1重量%〜約3.5重量%、約1重量%〜約3重量%、約1.5重量%〜約5重量%、約1.5重量%〜約4.5重量%、約1.5重量%〜約4重量%、約1.5重量%〜約3.5重量%、約1.5重量%〜約3重量%、約2重量%〜約5重量%、約2重量%〜約4.5重量%、約2重量%〜約4重量%、約2重量%〜約3.5重量%、約2重量%〜約3重量%、約2.5重量%〜約5重量%、約2.5重量%〜約4.5重量%、約2.5重量%〜約4重量%、約2.5重量%〜約3.5重量%、又は約2.5重量%〜約3重量%の量で含まれる。これらの量は弱酸成分を包含し、酸が溶液である場合、水又は溶液の他の成分を含まないことが理解されるであろう。   Wet starch is suitable for weak acids that do not substantially chelate calcium ions so that pregelatinized partially hydrolyzed starch is prepared with the desired viscosity and low water requirements and is not excessively hydrolyzed to sugar. Can be mixed to include any amount. For example, in some embodiments, such weak acids are included in an amount of about 0.5 wt% to about 5 wt% based on the weight of starch, such as about 0.5 wt% to about 4.5 wt%. % By weight, such as from about 0.5% to about 4%, from about 0.5% to about 3.5%, from about 0.5% to about 3%, from about 1% to about 5%. %, About 1% to about 4.5%, about 1% to about 4%, about 1% to about 3.5%, about 1% to about 3%, about 1.5% % To about 5%, about 1.5% to about 4.5%, about 1.5% to about 4%, about 1.5% to about 3.5%, about 1% .5% to about 3%, about 2% to about 5%, about 2% to about 4.5%, about 2% to about 4%, about 2% to about 3%. 5 wt%, about 2 wt% to about 3 wt%, about 2.5 wt% To about 5 wt%, about 2.5 wt% to about 4.5 wt%, about 2.5 wt% to about 4 wt%, about 2.5 wt% to about 3.5 wt%, or about 2. It is included in an amount of 5% to about 3% by weight. It will be understood that these amounts include a weak acid component and, when the acid is in solution, does not include water or other components of the solution.

湿性デンプン前駆体は、任意に、酒石酸等のカルシウムイオンをキレート化することができる2番目の酸をさらに含むよう調製することができる。したがって、いくつかの実施形態においては、酒石酸等の2番目の酸を、カルシウムイオンをキレート化しない好適な任意の弱酸と組み合わせることができる。酒石酸は石膏結晶化を遅らせることが知られている。しかしながら、酸変性による加水分解反応が最適化されるように、キレート化しない弱酸と組み合わせることで、酒石酸は石膏結晶化を実質的に遅らせない。アルムの加速効果を超えないのであれば、酒石酸のほかに、コハク酸又はリンゴ酸等の他の2番目の酸が有利であってもよい。いくつかの実施形態においては、湿性デンプン前駆体はアルムと酒石酸の両方を含む。   The wet starch precursor can optionally be prepared to further comprise a second acid capable of chelating calcium ions such as tartaric acid. Thus, in some embodiments, a second acid, such as tartaric acid, can be combined with any suitable weak acid that does not chelate calcium ions. Tartaric acid is known to delay gypsum crystallization. However, tartaric acid does not substantially delay gypsum crystallization when combined with a weak acid that does not chelate so that the hydrolysis reaction by acid modification is optimized. In addition to tartaric acid, other second acids such as succinic acid or malic acid may be advantageous as long as the acceleration effect of alum is not exceeded. In some embodiments, the wet starch precursor comprises both alum and tartaric acid.

2番目の酸(例えば酒石酸)は、もし含まれる場合には、好適な任意量で存在することができる。例えば、酒石酸は、デンプンの重量に基づき約0.1重量%〜約0.6重量%の量で存在することができ、例えば約0.1重量%〜約0.4重量%、約0.2重量%〜約0.3重量%の量で存在することができる。   The second acid (eg, tartaric acid), if included, can be present in any suitable amount. For example, tartaric acid can be present in an amount from about 0.1% to about 0.6% by weight based on the weight of the starch, such as from about 0.1% to about 0.4% by weight, about 0.00%. It can be present in an amount from 2% to about 0.3% by weight.

いくつかの実施形態においては、任意に油を湿性デンプンに加え、押出機内でのデンプンの搬送性を改良することができる。いくつかの実施形態においては、可能な油としては、カノーラ油、植物油、トウモロコシ油、大豆油、又はそれらの任意の組み合わせが挙げられる。例えばいくつかの実施形態においては、カノーラ油又は前述の代替物のうちの1つは、デンプン重量の約0重量%〜約0.25重量%の量で任意に加えることができ、例えば約0.1重量%〜約0.2重量%、約0.1重量%〜約0.15重量%、約0.15重量%〜約0.25重量%、約0.15重量%〜約0.2重量%、又は約0.2重量%〜約0.25重量%の量で加えることができる。   In some embodiments, oil can optionally be added to the wet starch to improve starch transport in the extruder. In some embodiments, possible oils include canola oil, vegetable oil, corn oil, soybean oil, or any combination thereof. For example, in some embodiments, canola oil or one of the foregoing alternatives can optionally be added in an amount from about 0% to about 0.25% by weight of the starch weight, for example about 0%. 0.1 wt% to about 0.2 wt%, about 0.1 wt% to about 0.15 wt%, about 0.15 wt% to about 0.25 wt%, about 0.15 wt% to about 0. It can be added in an amount of 2% by weight, or from about 0.2% to about 0.25% by weight.

いくつかの実施形態に従って、湿性デンプン前駆体は、水と、非アルファ化デンプンと、少量の強酸とを混合することによって調製する。いくつかの実施形態においては、強酸は、約−1.7以下のpKaを有する。任意のこのような酸を使用することができ、いくつかの実施形態においては、強酸は、硫酸、硝酸、塩酸、又はそれらの任意の組合せを含む。硫酸イオンは、石膏ボード実施形態において石膏結晶化を加速することができるので、いくつかの実施形態においては、硫酸単体、又は硫酸と他の酸との組合せが好ましい。   According to some embodiments, the wet starch precursor is prepared by mixing water, non-pregelatinized starch, and a small amount of strong acid. In some embodiments, the strong acid has a pKa of about −1.7 or less. Any such acid can be used, and in some embodiments, the strong acid comprises sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, or any combination thereof. Since sulfate ions can accelerate gypsum crystallization in gypsum board embodiments, in some embodiments, sulfuric acid alone or a combination of sulfuric acid and other acids is preferred.

強酸の量は比較的少なく、例えばデンプンの重量の約0.05重量%以下であり、例えば約0.045重量%以下、約0.04重量%以下、約0.035重量%以下、約0.03重量%以下、約0.025重量%以下、約0.02重量%以下、約0.015重量%以下、約0.01重量%以下、約0.005重量%以下、約0.001重量%以下、約0.0005重量%以下であり、例えばデンプンの重量の約0.0001重量%〜約0.05重量%、約0.0001重量%〜約0.045重量%、約0.0001重量%〜約0.04重量%、約0.0001重量%〜約0.035重量%、約0.0001重量%〜約0.03重量%、約0.0001重量%〜約0.025重量%、約0.0001重量%〜約0.02重量%、約0.0001重量%〜約0.015重量%、約0.0001重量%〜約0.01重量%、約0.0001重量%〜約0.005重量%、約0.0001重量%〜約0.001重量%、約0.0001重量%〜約0.0005重量%である。これらの量は強酸成分を包含し、強酸が溶液である場合、水又は溶液の他の成分を含まないことが理解されるであろう。例えば、従来の強酸変性は、〜35%のデンプン固体で2%の硫酸溶液を使用する(35gのデンプンに対し2gの硫酸)。パーセントは、純粋な硫酸成分に基づく。湿性デンプンの重量で割った硫酸成分の重量として計算されている。例えば、硫酸が純度50%の場合(溶液の半分の重量が純粋な硫酸であることを意味する)、硫酸溶液の重量は2倍である。説明すると、0.1重量%とするには、100gのデンプンに対し、0.1gの純粋な硫酸を加える。硫酸溶液濃度が50%である場合、0.1重量%とするには、0.2gの50%硫酸溶液を加える。   The amount of strong acid is relatively small, for example about 0.05% or less by weight of the starch, such as about 0.045% or less, about 0.04% or less, about 0.035% or less, about 0%. 0.03 wt% or less, about 0.025 wt% or less, about 0.02 wt% or less, about 0.015 wt% or less, about 0.01 wt% or less, about 0.005 wt% or less, about 0.001 % By weight or less, about 0.0005% by weight or less, for example, about 0.0001% to about 0.05% by weight of starch, about 0.0001% to about 0.045% by weight, about 0.005%. 0001% to about 0.04%, about 0.0001% to about 0.035%, about 0.0001% to about 0.03%, about 0.0001% to about 0.025% % By weight, about 0.0001% to about 0.02% by weight, about 0.0001 % To about 0.015%, about 0.0001% to about 0.01%, about 0.0001% to about 0.005%, about 0.0001% to about 0.001% %, From about 0.0001% to about 0.0005% by weight. It will be understood that these amounts include a strong acid component and when the strong acid is in solution, it does not include water or other components of the solution. For example, conventional strong acid modification uses a 2% sulfuric acid solution at ˜35% starch solids (2 g sulfuric acid for 35 g starch). Percentages are based on pure sulfuric acid component. Calculated as the weight of the sulfuric acid component divided by the weight of wet starch. For example, if the sulfuric acid is 50% pure (meaning that half the weight of the solution is pure sulfuric acid), the weight of the sulfuric acid solution is doubled. Illustratively, 0.1 g pure sulfuric acid is added to 100 g starch for 0.1 wt%. When the sulfuric acid solution concentration is 50%, 0.2 g of 50% sulfuric acid solution is added to obtain 0.1% by weight.

酸には異なる等級(>95%、98%、99.99%)があることが理解されるであろう。これらの差異は、デンプン前駆体中の強酸の量に関し、「約」という用語によって包含される。当業者は、異なる等級を含むよう、本明細書において記載される重量%を容易に決定することができるであろう。本発明のいくつかの実施形態に従って使用される強酸の量は、従来の系で含まれた強酸の量よりもかなり少なく、従来の系では、例えば35gのデンプンに対し、約2g以上の硫酸を使用した。いくつかの実施形態においては、上記のような少量の強酸は、本明細書において記載されるように、アルム等のカルシウムイオンをキレート化しない弱酸と組み合わせて使用することができる。   It will be appreciated that the acids have different grades (> 95%, 98%, 99.99%). These differences are encompassed by the term “about” with respect to the amount of strong acid in the starch precursor. One skilled in the art will readily be able to determine the weight percentages described herein to include different grades. The amount of strong acid used in accordance with some embodiments of the present invention is significantly less than the amount of strong acid contained in conventional systems, such as about 2 g or more sulfuric acid for 35 g starch. used. In some embodiments, a small amount of a strong acid as described above can be used in combination with a weak acid that does not chelate calcium ions, such as alum, as described herein.

本発明の実施形態は、湿性デンプン前駆体が押出機において1工程でアルファ化され、酸変性されるよう、湿性デンプン前駆体を、押出機を通して供給することを提供する。押出機とは、ポリマーを融解し、ダイを通して押し出すことによって、所望の形状へとポリマーを融解して加工するのに概して使用される機械であることが理解されるであろう。押出機は、色素、強化用繊維、鉱物充填剤等の他の成分とポリマーを混合することもできる。押出機の目的は、押出機に供給される全ての成分を分散させ、分布させること、ならびに一定温度及び一定圧力で成分を融解させることである。   Embodiments of the present invention provide that the wet starch precursor is fed through the extruder such that the wet starch precursor is pregelatinized and acid modified in one step in the extruder. It will be understood that an extruder is a machine generally used to melt and process a polymer into the desired shape by melting the polymer and extruding it through a die. The extruder can also mix the polymer with other ingredients such as pigments, reinforcing fibers, mineral fillers and the like. The purpose of the extruder is to disperse and distribute all the components fed to the extruder and to melt the components at a constant temperature and pressure.

押出機の構成及び配置は当業者に公知である。概して押出機は、供給材料を送るための供給ホッパーと、可塑剤(例えば水)とポリマーをコンディショニングする、加熱ジャケットを備えたプレコンディショナーと、加熱域を備えた押出機モジュールヘッドと、ダイアセンブリとを備える。押出機は概して、供給オーガーと、ナイフと、スクリュー(複数可)とを備える。供給オーガーは、湿性デンプン前駆体を押出機へ運ぶのを補助するために存在する。ナイフは、アルファ化部分加水分解デンプンをすりつぶすことができるよう、紐状のアルファ化部分加水分解デンプンを小さなペレットに切断するために存在する。スクリューは、湿性デンプン前駆体の混合を補助し、押出機を通して湿性デンプン前駆体を運搬し、且つ機械せん断を提供する。押出機は、当業者に理解されるように、単軸スクリュー又は2軸スクリューの種類の押出機であることができる。Leszek Moscicki、Extrusion−Cooking Techniques、WILEY−VCH Verlag & Co. KGaA、2011年を参照のこと。   The construction and arrangement of the extruder is known to those skilled in the art. In general, an extruder includes a feed hopper for feeding feed, a preconditioner with a heating jacket for conditioning a plasticizer (eg, water) and a polymer, an extruder module head with a heating zone, a die assembly, Is provided. The extruder generally comprises a feed auger, a knife, and screw (s). A feed auger is present to help carry the wet starch precursor to the extruder. A knife is present to cut the string of pregelatinized partially hydrolyzed starch into small pellets so that the pregelatinized partially hydrolyzed starch can be ground. The screw assists in mixing the wet starch precursor, transports the wet starch precursor through the extruder, and provides mechanical shear. The extruder can be a single screw or twin screw type of extruder as will be understood by those skilled in the art. Leszek Mosicki, Extension-Cooking Technologies, WILEY-VCH Verlag & Co. See KGaA, 2011.

単軸スクリュー押出機では、スクリューは概して、深溝を備え、供給装置の口から固体を運び、それらを圧縮する供給部と、スクリューの溝が次第に浅くなり、ポリマーが融解する圧縮部と、浅溝を備え、融解ポリマーをダイへと運ぶ計量部とを備える。スクリューは、混合装置(例えばスクリューから延びるピン)を備えるよう設計されているものもある。   In a single screw extruder, the screw is generally provided with a deep groove, which carries solids from the mouth of the feeder and compresses them, a screw groove which becomes progressively shallower, a compression part where the polymer melts, and a shallow groove And a metering section for transporting the molten polymer to the die. Some screws are designed to include a mixing device (eg, a pin extending from the screw).

2軸スクリュー押出機は概して、どちらも同じ方向に回転(すなわち共回転)するか、又は反対方向に回転(すなわち二重反転)する2つのスクリューを有する。2つのスクリューは、非かみ合いねじ式で回転するか、又は完全かみ合いねじ式で回転してもよい。単軸スクリュー押出機の場合では、供給されている材料はスクリュー溝全体を埋めるが、2軸スクリュー押出機の場合では、特定成分の添加用に下流の供給口又は供給孔を使用することができるよう、スクリュー溝の一部のみが埋められている。   Twin screw extruders generally have two screws that either rotate in the same direction (ie, co-rotate) or rotate in the opposite direction (ie, counter-rotate). The two screws may rotate with a non-meshing screw type or with a fully meshing screw type. In the case of a single screw extruder, the material being supplied fills the entire screw groove, but in the case of a twin screw extruder, a downstream feed port or feed hole can be used for the addition of specific components. As such, only a portion of the screw groove is filled.

ダイアセンブリは概して、プレートと、スペーサーと、ダイヘッドとを備える。材料を押し出す際、プロセスは、材料が無限長で押し出される連続式か、又は材料が特定の長さで押し出される半連続式のいずれかであることができる。押し出されている材料は、熱くても冷たくてもよい。   The die assembly generally includes a plate, a spacer, and a die head. When extruding material, the process can be either continuous, where the material is extruded at infinite length, or semi-continuous, where the material is extruded at a specific length. The material being extruded may be hot or cold.

本発明は、アルファ化部分加水分解デンプンを押出機で調製する方法を提供する。好適な任意の押出機を使用することができ、例えば単軸スクリュー押出機(例えばイリノイ州South BeloitにあるAmerican Extrusion Internationalから入手可能なAdvantage 50)、又は2軸スクリュー押出機(例えばカンザス州SabethaにあるWengerから入手可能なWenger TX52)等である。   The present invention provides a method for preparing pregelatinized partially hydrolyzed starch in an extruder. Any suitable extruder can be used, such as a single screw extruder (eg, Advantage 50 available from American Extension International, South Bellot, Ill.), Or a twin screw extruder (eg, in Sabetha, Kansas). Wenger TX52) available from a certain Wenger.

本明細書において記載されるように、非アルファ化デンプンと、カルシウムイオンを実質的にキレート化しない弱酸及び/又は少量の強酸の形態の酸と、水とを混合し、押出機に供給する。いくつかの実施形態においては、さらなる水を押出機に加えてもよい。押出機内で、加熱素子と機械せん断との組合せでデンプンを融解してアルファ化する間、弱酸はデンプンを所望の分子量まで部分加水分解する。その分子量は、本明細書において記載されるように望ましい粘度によって示される。押出機内での条件により、機械エネルギーが原因でデンプン分子の劣化も生じ、部分的には酸変性と同じ効果が起こる。いくつかの実施形態の押出機内での条件(例えば高い反応温度と高い圧力)によりこの化学反応が促進されるので、弱酸及び/又は少量の強酸を使用することができると考えられる。したがって本発明の方法は、デンプン酸変性の効率を改良する。   As described herein, non-pregelatinized starch, a weak acid that does not substantially chelate calcium ions and / or a small amount of an acid in the form of a strong acid, and water are mixed and fed to the extruder. In some embodiments, additional water may be added to the extruder. In the extruder, the weak acid partially hydrolyzes the starch to the desired molecular weight while the starch is melted and alphalated with a combination of heating elements and mechanical shear. Its molecular weight is indicated by the desired viscosity as described herein. Depending on the conditions in the extruder, starch molecules also deteriorate due to mechanical energy, and in part have the same effect as acid modification. It is believed that weak acids and / or small amounts of strong acids can be used because conditions in the extruder of some embodiments (eg, high reaction temperature and high pressure) facilitate this chemical reaction. The method of the present invention thus improves the efficiency of starch acid modification.

主スクリュー(複数可)は、所望の混合及び機械せん断が得られるような、好適な任意の速度で作動させることができる。例えばいくつかの実施形態においては、主スクリューは、約350RPM(±約100RPM)の速度で作動させることができる。供給オーガーは、好適な任意の速度で作動させて所望の供給速度を得ることができる。例えばいくつかの実施形態においては、供給オーガーは、約14RPM(±約5RPM)の速度で作動させることができる。   The main screw (s) can be operated at any suitable speed to achieve the desired mixing and mechanical shear. For example, in some embodiments, the main screw can be operated at a speed of about 350 RPM (± about 100 RPM). The feed auger can be operated at any suitable speed to obtain the desired feed rate. For example, in some embodiments, the feed auger can be operated at a speed of about 14 RPM (± about 5 RPM).

ナイフは、好適な任意の速度で作動させることができる。例えば様々な実施形態において、ナイフは約400RPM〜約1,000RPMの速度で作動させることができ、例えば約400RPM〜約900RPM、約400RPM〜約800RPM、約400RPM〜約700RPM、約400RPM〜約600RPM、約400RPM〜約500RPM、約500RPM〜約1,000RPM、約500RPM〜約900RPM、約500RPM〜約800RPM、約500RPM〜約700RPM、約500RPM〜約600RPM、約600RPM〜約1,000RPM、約600RPM〜約900RPM、約600RPM〜約800RPM、約600RPM〜約700RPM、約700RPM〜約1,000RPM、約700RPM〜約900RPM、約700RPM〜約800RPM、約800RPM〜約1,000RPM、約800RPM〜約900RPM、又は約900RPM〜約1,000RPMの速度で作動させることができる。   The knife can be operated at any suitable speed. For example, in various embodiments, the knife can be operated at a speed of about 400 RPM to about 1,000 RPM, such as about 400 RPM to about 900 RPM, about 400 RPM to about 800 RPM, about 400 RPM to about 700 RPM, about 400 RPM to about 600 RPM, About 400 RPM to about 500 RPM, about 500 RPM to about 1,000 RPM, about 500 RPM to about 900 RPM, about 500 RPM to about 800 RPM, about 500 RPM to about 700 RPM, about 500 RPM to about 600 RPM, about 600 RPM to about 1,000 RPM, about 600 RPM to about 900 RPM, about 600 RPM to about 800 RPM, about 600 RPM to about 700 RPM, about 700 RPM to about 1,000 RPM, about 700 RPM to about 900 RPM, about 700 RPM to about 800 RPM, about 00RPM~ about 1,000 RPM for, can be operated at about 800RPM~ about 900 RPM, or from about 900RPM~ about 1,000 RPM for the speed of.

湿性デンプンは、材料を炭化させることなく湿性デンプンが充分アルファ化されるような、好適な任意温度のダイを有する押出機においてアルファ化及び酸変性することができる。例えば湿性デンプンは、約150℃(約300°F)〜約210℃(約410°F)の温度のダイを有する押出機でアルファ化及び酸変性することができ、例えば様々な実施形態においては、約150℃〜約205℃(約400°F)、約150℃〜約199℃(約390°F)、約150℃〜約193℃(約380°F)、約150℃〜約188℃(約370°F)、約150℃〜約182℃(約360°F)、約154℃(約310°F)〜約210℃、約154℃〜約205℃(約400°F)、約154℃〜約199℃、約154℃〜約193℃、約154℃〜約188℃、約154℃〜約182℃、約160℃(約320°F)〜約210℃、約160℃〜約205℃(約400°F)、約160℃〜約199℃、約160℃〜約193℃、約160℃〜約188℃、約160℃〜約182℃、約166℃(約330°F)〜約210℃、約166℃〜約205℃、約166℃〜約199℃、約166℃〜約193℃、約166℃〜約188℃、約166℃〜約182℃、約171℃(約340°F)〜約210℃、約171℃〜約205℃、約171℃〜約199℃、約171℃〜約193℃、約171℃〜約188℃、約171℃〜約182℃、約177℃(約350°F)〜約210℃、約177℃〜約205℃、約177℃〜約199℃、約177℃〜約193℃、約177℃〜約188℃、又は約177℃〜約182℃の温度ダイを有する押出機でアルファ化及び酸変性することができる。押出機のダイは、本明細書において記載されるような、任意の充分な温度であることができるが、ダイ温度は概してデンプン結晶の融解温度を超える。   The wet starch can be pregelatinized and acid modified in an extruder with a suitable arbitrary temperature die such that the wet starch is fully pregelatinized without carbonizing the material. For example, wet starch can be pregelatinized and acid modified in an extruder having a die at a temperature of about 150 ° C. (about 300 ° F.) to about 210 ° C. (about 410 ° F.), for example, in various embodiments. About 150 ° C to about 205 ° C (about 400 ° F), about 150 ° C to about 199 ° C (about 390 ° F), about 150 ° C to about 193 ° C (about 380 ° F), about 150 ° C to about 188 ° C. (About 370 ° F), about 150 ° C to about 182 ° C (about 360 ° F), about 154 ° C (about 310 ° F) to about 210 ° C, about 154 ° C to about 205 ° C (about 400 ° F), about 154 ° C to about 199 ° C, about 154 ° C to about 193 ° C, about 154 ° C to about 188 ° C, about 154 ° C to about 182 ° C, about 160 ° C (about 320 ° F) to about 210 ° C, about 160 ° C to about 205 ° C (about 400 ° F), about 160 ° C to about 199 ° C, about 160 ° C to about 193 ° C About 160 ° C to about 188 ° C, about 160 ° C to about 182 ° C, about 166 ° C (about 330 ° F) to about 210 ° C, about 166 ° C to about 205 ° C, about 166 ° C to about 199 ° C, about 166 ° C To about 193 ° C, about 166 ° C to about 188 ° C, about 166 ° C to about 182 ° C, about 171 ° C (about 340 ° F) to about 210 ° C, about 171 ° C to about 205 ° C, about 171 ° C to about 199 ° C. About 171 ° C to about 193 ° C, about 171 ° C to about 188 ° C, about 171 ° C to about 182 ° C, about 177 ° C (about 350 ° F) to about 210 ° C, about 177 ° C to about 205 ° C, about 177 ° C It can be pregelatinized and acid modified in an extruder having a temperature die of from about 199 ° C, from about 177 ° C to about 193 ° C, from about 177 ° C to about 188 ° C, or from about 177 ° C to about 182 ° C. The extruder die can be at any sufficient temperature, as described herein, but the die temperature generally exceeds the melting temperature of the starch crystals.

糊化度は好適な任意の量であることができ、例えば約70%以上、例えば約75%以上、約80%以上、約85%以上、約90%以上、約95%以上、約97%以上、約99%以上又は完全(100%)の糊化であることができる。以下に記載されるようなウォールボードの作製の場合には、そのようなより低い糊化度を有するデンプンをスタッコスラリーに加え、例えば炉内でさらなる糊化(例えば100%まで)を生じさせることができる。   The degree of gelatinization can be any suitable amount, for example about 70% or more, such as about 75% or more, about 80% or more, about 85% or more, about 90% or more, about 95% or more, about 97%. Above, it can be about 99% or more or complete (100%) gelatinization. In the case of making wallboard as described below, starch with such a lower degree of gelatinization is added to the stucco slurry to cause further gelatinization (eg up to 100%) in an oven, for example. Can do.

押出機内の圧力は、アルファ化及び酸変性に対する適切な条件が得られるような、好適な任意のレベルであることができる。押出機内部の圧力は、押し出されている原料と、含水率と、ダイ温度と、スクリュー速度とによって決定され、当業者によって認識されるであろう。例えば押出機内の圧力は、約2,000psi(約13,800kPa)以上であることができ、例えば約2,250psi(約15,500kPa)以上、約2,500psi(約17,200kPa)以上、約2,750psi(約19,000kPa)以上、約3,000psi(約20,650kPa)以上、約3,500psi(約24,100kPa)以上、約4,000psi(約27,600kPa)以上、又は約4,500psi(約31,000kPa)以上であることができる。いくつかの実施形態においては、圧力は、約2,000psi〜約5,000psi(34,500kPa)であることができ、例えば約2,000psi〜約4,500psi、約2,000psi〜約4,000psi、約2,000psi〜約3,500psi、約2,000psi〜約3,000psi、約2,000psi〜約2,500psi、約2,500psi〜約5,000psi、約2,500psi〜約4,500psi、約2,500psi〜約4,000psi、約2,500psi〜約3,500psi、約2,500psi〜約3,000psi、約3,000psi〜約5,000psi、約3,000psi〜約4,500psi、約3,000psi〜約4,000psi、約3,000psi〜約3,500psi、約3,500psi〜約5,000psi、約4,000psi〜約5,000psi、約4,000psi〜約4,500psi、又は約4,500psi〜約5,000psiであることができる。   The pressure in the extruder can be at any suitable level that will provide the appropriate conditions for pregelatinization and acid modification. The pressure inside the extruder is determined by the raw material being extruded, moisture content, die temperature and screw speed and will be recognized by those skilled in the art. For example, the pressure in the extruder can be about 2,000 psi (about 13,800 kPa) or more, such as about 2,250 psi (about 15,500 kPa) or more, about 2,500 psi (about 17,200 kPa) or more, about 2,750 psi (about 19,000 kPa) or more, about 3,000 psi (about 20,650 kPa) or more, about 3,500 psi (about 24,100 kPa) or more, about 4,000 psi (about 27,600 kPa) or more, or about 4 , 500 psi (about 31,000 kPa) or more. In some embodiments, the pressure can be from about 2,000 psi to about 5,000 psi (34,500 kPa), such as from about 2,000 psi to about 4,500 psi, from about 2,000 psi to about 4,4. 000 psi, about 2,000 psi to about 3,500 psi, about 2,000 psi to about 3,000 psi, about 2,000 psi to about 2,500 psi, about 2,500 psi to about 5,000 psi, about 2,500 psi to about 4, 500 psi, about 2,500 psi to about 4,000 psi, about 2,500 psi to about 3,500 psi, about 2,500 psi to about 3,000 psi, about 3,000 psi to about 5,000 psi, about 3,000 psi to about 4,500 500 psi, about 3,000 psi to about 4,000 psi, about 3,000 psi to about 3 500 psi, about 3,500psi~ about 5,000 psi, about 4,000psi~ about 5,000 psi, it is possible about 4,000psi~ about 4,500 psi, or from about 4,500psi~ about 5,000 psi.

驚くべき且つ予想外なことに、押出機において1工程でアルファ化部分加水分解デンプンを調製する本発明の方法は、連続する2工程でデンプンをアルファ化し、部分加水分解するよりもかなり速いことが見出されている。本発明を用いることにより、他の任意の方法を用いて調製したデンプンよりも有意に多い量のアルファ化部分加水分解デンプンを調製することができる。生成量がより多くなり、生産速度がより速くなるのは、高温及び/又は高圧における高反応速度に起因する。いくつかの実施形態においては、アルファ化及び酸変性は、約5分未満で起こり、例えば約4分未満、例えば約3分未満、約2分未満、約90秒未満、約75秒未満、約1分未満、約45秒未満、約30秒未満、約25秒未満、約20秒未満、約15秒未満、又は約10秒未満で起こる。さらに、いくつかの実施形態においては、アルファ化及び酸変性は押出機内で、前述の時点のうち任意の2つによって限定された速度で起こる。例えばアルファ化及び酸変性速度は約10秒〜5分であることができ、例えば約10秒〜約4分、約10秒〜約3分、約10秒〜約2分、約10秒〜約90秒、約10秒〜約75秒、約10秒〜約1分、約10秒〜約45秒、約10秒〜約30秒、約10秒〜約25秒、約10秒〜約20秒、又は約10秒〜約15秒であることができる。   Surprisingly and unexpectedly, the process of the present invention for preparing pregelatinized partially hydrolyzed starch in one step in an extruder is considerably faster than pregelatinizing and partially hydrolyzing starch in two successive steps. Has been found. By using the present invention, significantly higher amounts of pregelatinized partially hydrolyzed starch can be prepared than starch prepared using any other method. Higher production and higher production rates are due to high reaction rates at high temperatures and / or high pressures. In some embodiments, pregelatinization and acid modification occur in less than about 5 minutes, such as less than about 4 minutes, such as less than about 3 minutes, less than about 2 minutes, less than about 90 seconds, less than about 75 seconds, Occurs in less than 1 minute, less than about 45 seconds, less than about 30 seconds, less than about 25 seconds, less than about 20 seconds, less than about 15 seconds, or less than about 10 seconds. Further, in some embodiments, pregelatinization and acid modification occur in the extruder at a rate limited by any two of the aforementioned time points. For example, the pregelatinization and acid modification rate can be from about 10 seconds to about 5 minutes, such as from about 10 seconds to about 4 minutes, from about 10 seconds to about 3 minutes, from about 10 seconds to about 2 minutes, from about 10 seconds to about 90 seconds, about 10 seconds to about 75 seconds, about 10 seconds to about 1 minute, about 10 seconds to about 45 seconds, about 10 seconds to about 30 seconds, about 10 seconds to about 25 seconds, about 10 seconds to about 20 seconds Or about 10 seconds to about 15 seconds.

アルファ化部分加水分解デンプンを調製する本発明の方法は、任意の充分な速度で起こる連続プロセスであることができる。いくつかの実施形態においては、デンプンは、約100kg/時以上の生産量速度で、押出機においてアルファ化及び酸変性し、例えば約150kg/時以上、約200kg/時以上、約250kg/時以上、約300kg/時以上、約350kg/時以上、約400kg/時以上、約450kg/時以上、500kg/時、約550kg/時以上、例えば約600kg/時以上、約650kg/時以上、約700kg/時以上、約750kg/時以上、約800kg/時以上、約850kg/時以上、約900kg/時以上、約950kg/時以上、約1,000kg/時以上、約1,050kg/時以上、約1,100kg/時以上、約1,150kg/時以上、約1,200kg/時以上、約1,250kg/時以上、約1,300kg/時以上、約1,350kg/時以上、約1,400kg/時以上、約1,450kg/時以上、又は約1,500kg/時以上の生産量速度でアルファ化及び酸変性する。さらに、いくつかの実施形態においては、生産量速度は、前述の速度点のうち任意の2つによって限定されることができる。例えば生産量速度は、約100kg/時〜約1,500kg/時(例えば約100kg/時〜約1,500kg/時、約100kg/時〜約1,000kg/時、約250kg/時〜約1,500kg/時、約250kg/時〜約1,000kg/時、約600kg/時〜約1,250kg/時、約650kg/時〜約1,200kg/時、約700kg/時〜約1,100kg/時、約750kg/時〜約1,000kg/時等)であることができる。   The process of the present invention for preparing pregelatinized partially hydrolyzed starch can be a continuous process occurring at any sufficient rate. In some embodiments, the starch is pregelatinized and acid-modified in the extruder at a production rate of about 100 kg / hour or more, such as about 150 kg / hour or more, about 200 kg / hour or more, about 250 kg / hour or more. About 300 kg / hour or more, about 350 kg / hour or more, about 400 kg / hour or more, about 450 kg / hour or more, 500 kg / hour, about 550 kg / hour or more, for example, about 600 kg / hour or more, about 650 kg / hour or more, about 700 kg / Hour or more, about 750 kg / hour or more, about 800 kg / hour or more, about 850 kg / hour or more, about 900 kg / hour or more, about 950 kg / hour or more, about 1,000 kg / hour or more, about 1,050 kg / hour or more, About 1,100 kg / hour or more, about 1,150 kg / hour or more, about 1,200 kg / hour or more, about 1,250 kg / hour or more, about 1,300 k / Hour or more, about 1,350Kg / hour or more, about 1,400 kg / hour or more, about 1,450Kg / hour or more, or gelatinized and acid modified with from about 1,500 kg / hr or more production speed. Further, in some embodiments, the production rate can be limited by any two of the aforementioned speed points. For example, the production rate is about 100 kg / hour to about 1,500 kg / hour (eg, about 100 kg / hour to about 1,500 kg / hour, about 100 kg / hour to about 1,000 kg / hour, about 250 kg / hour to about 1 500 kg / hour, about 250 kg / hour to about 1,000 kg / hour, about 600 kg / hour to about 1,250 kg / hour, about 650 kg / hour to about 1,200 kg / hour, about 700 kg / hour to about 1,100 kg / Hour, such as about 750 kg / hour to about 1,000 kg / hour).

いくつかの実施形態においては、1工程で効率的且つ充分にデンプンをアルファ化し、酸変性するのに、押出機内の条件(例えば高温と高圧)が特に寄与することを発明者らは見出している。押出機で湿性デンプンを混合すると非常に大きい摩擦が生じ、それにより熱が発生する。押出機内でスクリューとチャンバーの間の空間は非常に小さいため、押出機内ではスクリューによってせん断力が作られる。比機械エネルギー(SME)は、物体の質量1単位あたりの機械エネルギーを表す。SMEは含水量に依存するであろう。含水率が高くなると(例えば流動性のため)、粘度及び摩擦は小さくなり、したがってSMEは小さくなるであろう。より多くの水分が存在する場合は、粘度及び摩擦が小さくなるため、SMEは小さくなるであろう。本明細書において記載される本発明の湿性デンプン前駆体中の含水率により、効率的なSMEが提供される。   In some embodiments, the inventors have found that the conditions in the extruder (eg, high temperature and high pressure) make a particular contribution to the efficient and sufficient starch alphalation and acid modification in one step. . Mixing wet starch in an extruder creates very high friction, which generates heat. Since the space between the screw and the chamber in the extruder is very small, shear force is created by the screw in the extruder. Specific mechanical energy (SME) represents the mechanical energy per unit mass of an object. SME will depend on water content. As the moisture content increases (eg due to fluidity), the viscosity and friction will decrease, and thus the SME will decrease. If more moisture is present, the SME will be smaller due to lower viscosity and friction. The moisture content in the wet starch precursor of the present invention described herein provides an efficient SME.

押出機内では、本明細書において記載される本発明の実施形態によって提供される条件に起因して、デンプンは高効率でアルファ化される。いかなる特定の理論にも拘束されることを望むものではないが、本発明のいくつかの実施形態に従った押出機内での良好な混合では、押出機での反応に対して必要とされる水はより少量であると考えられる。含水率が非常に低いことにより、反応物濃度は高くなりやすくなり、化学反応速度を加速することができる。押出機の温度が高いことも、反応速度を有意に加速する。デンプンが押出機から出るとき、デンプンがアルファ化及び部分加水分解されるよう反応が起こる。   Within the extruder, starch is pregelatinized with high efficiency due to the conditions provided by the embodiments of the invention described herein. While not wishing to be bound by any particular theory, good mixing in an extruder according to some embodiments of the present invention requires the water required for the reaction in the extruder. Is considered to be smaller. Since the water content is very low, the concentration of reactants tends to increase, and the chemical reaction rate can be accelerated. The high temperature of the extruder also significantly accelerates the reaction rate. As the starch exits the extruder, the reaction occurs so that the starch is pregelatinized and partially hydrolyzed.

従来の酸変性では、デンプンを強酸溶液中に加える。この従来方法は、本明細書において記載されるように、連続して行うのではなく1工程でデンプンのアルファ化と酸変性とを同時に行う驚くべき且つ予想外の方法よりも、有意に多い水及び酸を使用する。従来の酸変性は数時間かかる。反応が起こった後、酸を中和し、精製して洗い流すことが必要である。中和工程及び精製工程は時間を消費し、コストがかかる。   In conventional acid modification, starch is added into a strong acid solution. This conventional method, as described herein, is significantly more water than the surprising and unexpected method of simultaneously starch pregelatinization and acid modification in one step rather than continuously. And acid. Conventional acid modification takes several hours. After the reaction takes place, it is necessary to neutralize the acid, purify and wash away. The neutralization and purification steps are time consuming and costly.

発明者らの驚くべき且つ予想外の発見までは、従来の酸変性において、カルシウムイオンを実質的にキレート化しない弱酸、又は少量の強酸を使用することは望ましくないと考えられていた。これは、従来方法では酸が弱くなると、又は強酸の量が少なくなると、酸変性に長い時間がかかるためである。したがって、従来の酸変性においては、多量の強酸(例えば約−1.7未満のpKaを有する)が示されていた。驚くべき且つ予想外なことに、本発明の実施形態に従って、本明細書において記載される弱酸又は少量の強酸を使用して押出機内でアルファ化部分加水分解デンプンを調製する場合、中和工程及び精製工程の必要がない。これは、穏和な酸性条件であること、及び石膏結晶化への干渉が少ないことにそれぞれ起因する。いくつかの実施形態においては、酸は、アルファ化部分加水分解デンプン中になおも存在することができる。   Until the inventors' surprising and unexpected discovery, it was considered undesirable in conventional acid modifications to use weak acids or small amounts of strong acids that do not substantially chelate calcium ions. This is because, in the conventional method, if the acid becomes weak or the amount of strong acid decreases, it takes a long time for the acid modification. Thus, conventional acid modifications have shown large amounts of strong acids (eg, having a pKa of less than about -1.7). Surprisingly and unexpectedly, when preparing pregelatinized partially hydrolyzed starch in an extruder using a weak acid or a small amount of strong acid as described herein in accordance with an embodiment of the present invention, a neutralization step and There is no need for a purification step. This is due to the mild acidic conditions and less interference with gypsum crystallization, respectively. In some embodiments, the acid can still be present in the pregelatinized partially hydrolyzed starch.

デンプンの特性、及び石膏ボードにおいてデンプンを使用する利点
本発明の実施形態に従って押出機で調製したデンプンは、任意のアルファ化部分加水分解デンプンであることができる。いくつかの実施形態においては、デンプンは、本明細書において記載されるような様々な所望の特性(例えば中程度の粘度、冷水溶解度、冷水粘度等)を有するよう調製することができる。
Starch Properties and Advantages of Using Starch in Gypsum Board Starch prepared in an extruder according to embodiments of the present invention can be any pregelatinized partially hydrolyzed starch. In some embodiments, the starch can be prepared to have a variety of desired properties as described herein (eg, moderate viscosity, cold water solubility, cold water viscosity, etc.).

本発明の実施形態に従って押出機で調製したアルファ化部分加水分解デンプンは、石膏ボードでの使用に好適であることができる。石膏ボードでの利用では、例えばアルファ化及び酸変性は、本明細書において記載される本発明の実施形態に従って所望の粘度(及び、ゆえに分子量範囲)を得ることにより、例えば強度の目的で有利である。本明細書において論じられるウォールボードの作製方法においては、スタッコスラリーに入れられるデンプンは、約70%以上糊化されることができ、例えば約75%以上糊化、約80%以上糊化、約85%以上糊化、約90%以上糊化、約95%以上糊化、約97%以上糊化、又は約100%糊化(すなわち完全糊化)されることができる。   Pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared in an extruder according to embodiments of the present invention can be suitable for use in gypsum board. For use in gypsum board, for example, pregelatinization and acid modification are advantageous, for example for strength purposes, by obtaining the desired viscosity (and hence molecular weight range) according to the embodiments of the invention described herein. is there. In the method of making wallboard discussed herein, the starch placed in the stucco slurry can be gelatinized by about 70% or more, such as about 75% or more gelatinization, about 80% or more gelatinization, about It can be 85% or more gelatinized, about 90% or more gelatinized, about 95% or more gelatinized, about 97% or more gelatinized, or about 100% gelatinized (ie, fully gelatinized).

さらに、本発明の実施形態に従って、本明細書において記載されるようにカルシウムイオンを実質的にキレート化しない弱酸を含む湿性デンプンを押出機へ供給することにより、所望の粘度が得られるよう、つまり所望の分子量範囲が得られたことが示されるよう、デンプンが加水分解される。そのため、当業者に理解されるように、粘度はアルファ化部分加水分解デンプンの分子量を示す。   Further, in accordance with an embodiment of the present invention, as described herein, a wet starch containing a weak acid that does not substantially chelate calcium ions is fed to the extruder so that the desired viscosity is obtained, ie The starch is hydrolyzed to show that the desired molecular weight range has been obtained. Therefore, as will be appreciated by those skilled in the art, viscosity indicates the molecular weight of pregelatinized partially hydrolyzed starch.

いくつかの実施形態においては、本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプンは、好適な任意の粘度を有するよう調製することができる。いくつかの実施形態においては、アルファ化部分加水分解デンプン及び水の総重量の15重量%の量でアルファ化部分加水分解デンプンが水中にある場合に、アルファ化部分加水分解デンプンがVMA法の条件に付された際、粘度は、「中程度の」粘度(すなわち、約20センチポアズ〜約700センチポアズの粘度を有すること)有するとして特徴づけられる。したがって、VMA法を使用して、VMA法の条件に付された際、アルファ化部分加水分解デンプンが中程度の粘度特性を示すかどうかを測定する。これは、これらの条件下でアルファ化部分加水分解デンプンを石膏スラリーに加えなければならないことを意味するものではない。むしろ、アルファ化部分加水分解デンプンをスラリーに加える際は、デンプンは湿性形態(水中で様々な濃度のデンプン)又は乾燥形態であることができ、且つ本明細書において記載されるように、完全に糊化されている必要はなく、又はそうでない場合はVMA法に記載される条件下である必要がない。   In some embodiments, pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention can be prepared to have any suitable viscosity. In some embodiments, the pregelatinized partially hydrolyzed starch is a condition of the VMA process when the pregelatinized partially hydrolyzed starch is in water in an amount of 15% by weight of the total weight of the pregelatinized partially hydrolyzed starch and water. The viscosity is characterized as having a “moderate” viscosity (ie, having a viscosity of about 20 centipoise to about 700 centipoise). Therefore, the VMA method is used to determine whether pregelatinized partially hydrolyzed starch exhibits moderate viscosity characteristics when subjected to VMA method conditions. This does not mean that the pregelatinized partially hydrolyzed starch must be added to the gypsum slurry under these conditions. Rather, when the pregelatinized partially hydrolyzed starch is added to the slurry, the starch can be in wet form (various concentrations of starch in water) or dry form, and as described herein, completely It need not be gelatinized or otherwise need not be under the conditions described in the VMA method.

いくつかの実施形態においては、アルファ化デンプンの中程度の粘度は、約20センチポアズ〜約700センチポアズであることができ、例えば約20センチポアズから約500センチポアズ、約30センチポアズから約200センチポアズ、又は約100センチポアズから約700センチポアズであることができる。本発明の実施形態においては、VMA法の下で試験される際のアルファ化デンプンの粘度は、例えば以下の表1A、1B及び1Cに挙げられるとおりであることができる。表においては、「X」は、「約[一番上の行の対応する値]から約[一番左の列の対応する値]」の範囲を表す。示される値は、センチポアズ単位でのアルファ化デンプンの粘度を表す。表現を容易にするために、各値は「約」でその値を表すことが理解されるであろう。例えば、表1Aにおける最初の「X」は、「約20センチポアズから約25センチポアズ」の範囲である。   In some embodiments, the moderate viscosity of pregelatinized starch can be from about 20 centipoise to about 700 centipoise, such as from about 20 centipoise to about 500 centipoise, from about 30 centipoise to about 200 centipoise, or about It can be from 100 centipoise to about 700 centipoise. In embodiments of the present invention, the viscosity of pregelatinized starch when tested under the VMA method can be, for example, as listed in Tables 1A, 1B and 1C below. In the table, “X” represents a range from “about [corresponding value in the top row] to about [corresponding value in the leftmost column]”. The value shown represents the viscosity of pregelatinized starch in centipoise units. It will be understood that each value is represented by “about” for ease of presentation. For example, the first “X” in Table 1A ranges from “about 20 centipoise to about 25 centipoise”.

したがって、本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプンの粘度は、表1A、1B又は1Cに記載されている前述の端点の間及びそのいずれかを含む範囲を有することができる。あるいはいくつかの実施形態においては、アルファ化部分加水分解デンプンは、本明細書において記載されるブラベンダー法に従って測定される約5ブラベンダーユニット(BU)〜約33BUの粘度(10%固体、93℃)を有し、例えば約10BU〜約30BU、約12BU〜約25BU、又は約15BU〜約20BUの粘度を有する。   Thus, the viscosity of pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention can have a range that includes between and includes any of the aforementioned endpoints listed in Tables 1A, 1B, or 1C. Alternatively, in some embodiments, the pregelatinized partially hydrolyzed starch has a viscosity (10% solids, 93%) of from about 5 Brabender Units (BU) to about 33 BU, measured according to the Brabender method described herein. ° C), for example, having a viscosity of about 10 BU to about 30 BU, about 12 BU to about 25 BU, or about 15 BU to about 20 BU.

いくつかの実施形態においては、本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプンは、アルファ化部分加水分解デンプンが使用される製品(例えばウォールボード)の強度に、有利な利点を与えることができる。デンプンは、3つのヒドロキシル基を含有するグルコースモノマーを含有するので、石膏結晶に水素結合する多数の部位を提供する。いかなる特定の理論にも拘束されることを望むものではないが、本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプンの分子サイズにより、最適なデンプン分子の移動性が得られ、デンプン分子が石膏結晶と共に整列し、デンプン分子と石膏結晶の良好な結合が促進され、得られる結晶性石膏マトリックスが例えば水素結合によって強固になると考えられる。   In some embodiments, pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention provides an advantageous advantage to the strength of products (eg, wallboard) in which pregelatinized partially hydrolyzed starch is used. be able to. Starch contains a glucose monomer containing three hydroxyl groups, thus providing multiple sites for hydrogen bonding to gypsum crystals. While not wishing to be bound by any particular theory, the molecular size of pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention provides optimal starch molecule mobility and Are aligned with gypsum crystals, promoting good bonding of starch molecules and gypsum crystals, and the resulting crystalline gypsum matrix is believed to be hardened, for example, by hydrogen bonding.

本明細書において記載される方法とは別の方法に従って調製され、例えば中程度ではない粘度を有する従来のアルファ化デンプンは、より長い鎖長及びより高分子量(高すぎる粘度)ならびにより短い鎖長及び低分子量(低すぎる粘度)のいずれかを有し、それぞれ利点の組合せと同じものを提供しない。デンプン効率に関して、デンプン分子が充分に石膏結晶に結合している場合、デンプン分子が付着又は結合するさらなる石膏結晶部位は無いように石膏結晶は既に結合されているため、さらなるデンプンは有意な利点をもたささないとも考えられている。したがって本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプン分子と石膏結晶間の最適な結合により、結晶性石膏マトリックスの強度が向上し、この強度の増進に必要とされるデンプンは、従来のデンプンと比較して少ない。いくつかの実施形態においては、例えば中程度の粘度を有する(中程度のデンプン分子量を示す)溶解したデンプン分子により、デンプン分子の最適な移動性が得られ、デンプン分子が石膏結晶と共に整列し、デンプン分子と石膏結晶の良好な水素結合が促進され、芯強度が促進されることを発明者らは見出している。   Conventional pregelatinized starches prepared according to methods other than those described herein, for example, having moderate viscosity, have longer chain lengths and higher molecular weights (too high viscosity) and shorter chain lengths. And low molecular weight (viscosity too low), each not providing the same combination of benefits. In terms of starch efficiency, if the starch molecule is sufficiently bound to the gypsum crystals, the additional starch has a significant advantage because the gypsum crystals are already bound so that there are no additional gypsum crystal sites to which the starch molecules adhere or bind. It is also thought that it will not help. Thus, the optimal bond between pregelatinized partially hydrolyzed starch molecules and gypsum crystals prepared according to embodiments of the present invention improves the strength of the crystalline gypsum matrix and the starch required to enhance this strength is conventionally Less compared to starch. In some embodiments, for example, dissolved starch molecules having moderate viscosity (indicating moderate starch molecular weight) provide optimal mobility of the starch molecules, and the starch molecules align with the gypsum crystals; The inventors have found that good hydrogen bonding between starch molecules and gypsum crystals is promoted and core strength is promoted.

本発明のいくつかの実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプンは、いくつかの実施形態において、水の必要量に関しても利点を提供する。従来のアルファ化デンプンを石膏スラリーへ追加すると、所望の程度のスラリー流動性を維持するために、さらなる水を石膏スラリーに加えることが必要となる。これは、従来のアルファ化デンプンが石膏スラリーの粘度を増加させ、流動性を減少させるためである。したがって、従来型の系においてデンプンを使用することにより、さらに多くの過剰水が石膏スラリーで必要になるような水必要量の増加が生じた。   The pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to some embodiments of the present invention also provides advantages with respect to water requirements in some embodiments. Adding conventional pregelatinized starch to the gypsum slurry requires that additional water be added to the gypsum slurry in order to maintain the desired degree of slurry fluidity. This is because conventional pregelatinized starch increases the viscosity of the gypsum slurry and decreases flowability. Thus, the use of starch in conventional systems resulted in an increase in water requirements such that more excess water was needed in the gypsum slurry.

驚くべき且つ予想外なことに、本発明の実施形態に従って調製される、特に、望ましい中程度の粘度を有するアルファ化部分加水分解デンプンは、より少ない水を必要とし、特に従来のデンプンと比較して、石膏スラリーにおける水必要量への影響が減少する。さらには、本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプンの、より少ないデンプンを使用することができるような効率性により、本発明のいくつかの実施形態に従って、水必要量への好ましい影響はさらに一層有意であることができる。このより少ない水必要量により、製造中のかなりの効率性が得られる。例えば過剰水は、乾燥するためにエネルギーの投入を必要とする。ラインのスピードは、乾燥に対応するために遅くしなければならない。したがって、石膏スラリー中の水投入量を減らすことにより、生産速度が速くなるだけでなく、エネルギー資源とコストが少なくなる。いくつかの実施形態においては、石膏スラリーでの水必要量の増分は、例えば異なる方法によって調製された、700センチポアズを超える粘度(例えば約773センチポアズ)を有するアルファ化デンプン等の他のデンプンによって必要とされる水必要量の増分よりも少ない。   Surprisingly and unexpectedly, pregelatinized partially hydrolyzed starches that are prepared according to embodiments of the present invention, particularly with the desired moderate viscosity, require less water, especially compared to conventional starches. Thus, the impact on the water requirement in the gypsum slurry is reduced. Furthermore, due to the efficiency of pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention such that less starch can be used, according to some embodiments of the present invention, The positive effect can be even more significant. This smaller water requirement provides considerable efficiency during manufacture. For example, excess water requires energy input to dry. The speed of the line must be slow to accommodate the drying. Therefore, reducing the amount of water input in the gypsum slurry not only increases production speed, but also reduces energy resources and costs. In some embodiments, the increase in water requirement in the gypsum slurry is required by other starches, such as pregelatinized starch with a viscosity greater than 700 centipoise (eg, about 773 centipoise) prepared by different methods, for example. Less than the required increase in water requirements.

アルファ化部分加水分解デンプンの調製においては、押出機内で充分アルファ化され、酸変性されるのであれば、好適な任意の非アルファ化デンプンを選択することができる。本明細書において使用される場合、「デンプン」は、デンプン成分を含む組成物を指す。よってデンプンは、100%純粋なデンプンであることができ、又はデンプン成分がデンプン組成物の約75重量%以上を構成するのであれば、タンパク質及び繊維等、穀粉で一般に見られる成分等の他の成分を有していてもよい。デンプンは、デンプンを含有する穀粉(例えばコーンフラワー)の形態であることができ、穀粉の約75重量%以上、例えば約80%以上、約85%以上、約90%以上、約95%以上等のデンプンを有する穀粉等であることができる。例えば、限定されるものではないが、デンプンは、デンプンを含むコーンフラワーの形態であることができる。   In the preparation of pregelatinized partially hydrolyzed starch, any suitable non-pregelatinized starch can be selected provided it is fully pregelatinized and acid modified in the extruder. As used herein, “starch” refers to a composition that includes a starch component. Thus, the starch can be 100% pure starch, or other ingredients such as those commonly found in flour, such as protein and fiber, if the starch component constitutes about 75% or more by weight of the starch composition. You may have a component. The starch can be in the form of starch-containing flour (eg, corn flour), such as greater than about 75% by weight of the flour, such as greater than about 80%, greater than about 85%, greater than about 90%, greater than about 95%, etc. Or flour with a starch. For example, but not limited to, starch can be in the form of corn flour containing starch.

いくつかの実施形態においては、本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプンは、所望の冷水溶解度を有するよう調製することができる。従来のアルファ化技術は、デンプンを冷水可溶性にすることを含み、概して過剰量の水中でデンプンを加熱処理することを必要とする。しかしながら、これらの従来技術は効率的ではない。押出しは、加熱と機械せん断との組合せを行うが、本発明の実施形態に従って、驚くべき且つ予想外なことに、低含水量と冷水溶解度を有するアルファ化部分加水分解デンプンを1工程プロセスで作製するのに使用することができる、エネルギー効率のよい方法である。冷水溶解度は、室温(約25℃)で、水への任意量の溶解度を有することとして規定される。冷水への溶解度を示すデンプンは、石膏製品(例えばウォールボード)の強度への有意な利点を提供することができることが発見された。本発明の冷水可溶性デンプンは、約30%より大きい冷水溶解度を有し、且つ、硬化石膏芯に加えられた場合に、石膏芯の強度を増加させることができる。アルファ化デンプンの水への溶解度は、室温の水に溶解するデンプンの量をデンプンの総量で割ったものとして規定される。   In some embodiments, pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention can be prepared to have a desired cold water solubility. Conventional pregelatinization techniques involve making the starch soluble in cold water and generally require heat treating the starch in an excess amount of water. However, these prior art techniques are not efficient. Extrusion combines heating and mechanical shearing, but surprisingly and unexpectedly produces pregelatinized partially hydrolyzed starch with low water content and cold water solubility in accordance with embodiments of the present invention. It is an energy efficient method that can be used to do. Cold water solubility is defined as having an arbitrary amount of solubility in water at room temperature (about 25 ° C.). It has been discovered that starch that exhibits solubility in cold water can provide significant benefits to the strength of gypsum products (eg, wallboard). The cold water soluble starch of the present invention has a cold water solubility greater than about 30% and can increase the strength of the gypsum core when added to a hardened gypsum core. The solubility of pregelatinized starch in water is defined as the amount of starch soluble in room temperature water divided by the total amount of starch.

いくつかの実施形態においては、本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプンの冷水溶解度は、約30%〜約100%である。他の実施形態においては、押出しされたアルファ化部分加水分解デンプンの冷水溶解度は、約50%から約100%である。本発明の実施形態においては、押出しされたアルファ化部分加水分解デンプンの冷水溶解度は、例えば、表2に挙げられたとおりであることができる。表において、「X」は、「約[一番上の行の対応する値]から約[一番左の列の対応する値]」の範囲を表す。示される値は、本発明の実施形態に従って調製される、押出しされたアルファ化部分加水分解デンプンの冷水溶解度を表す(表2)。表現を容易にするために、各値は「約」でその値を表すことが理解されるであろう。例えば、表2における最初の「X」は、「約30%から約35%」の範囲である。表の範囲は、始点及び終点の間と、始点及び終点を含むものである。   In some embodiments, the cold water solubility of pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention is from about 30% to about 100%. In other embodiments, the cold water solubility of the extruded pregelatinized partially hydrolyzed starch is from about 50% to about 100%. In embodiments of the invention, the cold water solubility of the extruded pregelatinized partially hydrolyzed starch can be, for example, as listed in Table 2. In the table, “X” represents a range from “about [corresponding value in the top row] to about [corresponding value in the leftmost column]”. The values shown represent the cold water solubility of extruded pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention (Table 2). It will be understood that each value is represented by “about” for ease of presentation. For example, the first “X” in Table 2 ranges from “about 30% to about 35%”. The range of the table includes the start point and the end point, and the start point and the end point.

いかなる特定の理論にも拘束されることを望むものではないが、押出し中の機械的エネルギーと熱エネルギーとの組合せが、本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプンの冷水溶解度の原因であると考えられる。デンプンが押出しを経る時に、デンプン分子間の水素結合が壊れると考えられる。押出しされたデンプンが水に溶解するとき、デンプンは、水分子との水素結合を形成する。アルファ化プロセスの後、押出しされたアルファ化部分加水分解デンプンは、石膏結晶と自由に水素結合でき、したがって石膏製品により高い強度を与える。したがって、冷水における溶解性を示すデンプンは石膏ウォールボードの強度を改良するので、従来のデンプンと比較して、必要とされるデンプンの量は少ない。   While not wishing to be bound by any particular theory, the combination of mechanical and thermal energy during extrusion is a measure of the cold water solubility of pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention. It is thought to be the cause. When starch undergoes extrusion, hydrogen bonds between starch molecules are believed to break. When the extruded starch dissolves in water, the starch forms hydrogen bonds with water molecules. After the pregelatinization process, the extruded pregelatinized partially hydrolyzed starch can freely hydrogen bond with the gypsum crystals, thus giving the gypsum product a higher strength. Therefore, less starch is required compared to conventional starch because starch showing solubility in cold water improves the strength of gypsum wallboard.

いくつかの実施形態においては、アルファ化部分加水分解デンプンは、本明細書において記載されるブラベンダー法に従って測定される約10BU〜約120BUの冷水粘度(10%固体、25℃)を有し、例えば約20BU〜約110BU、約30BU〜約100BU、約40BU〜約90BU、約50BU〜約80BU、又は約60BU〜約70BUの粘度を有する。   In some embodiments, the pregelatinized partially hydrolyzed starch has a cold water viscosity (10% solids, 25 ° C.) of about 10 BU to about 120 BU, measured according to the Brabender method described herein, For example, it has a viscosity of about 20 BU to about 110 BU, about 30 BU to about 100 BU, about 40 BU to about 90 BU, about 50 BU to about 80 BU, or about 60 BU to about 70 BU.

ボード作製における方法に従って調製されたデンプンの使用
いくつかの実施形態においては、ボード(例えば石膏ボード)は、少なくとも水と、非アルファ化デンプンと、酸とを混合して、約8重量%〜約25重量%の含水率を有する湿性デンプン前駆体を作製することによってアルファ化部分加水分解デンプンを形成させて作製することができ、上記の酸は:カルシウムイオンを実質的にキレート化しない弱酸、デンプンの重量で約0.01重量%以下の量の強酸、又はそれらの組合せから選択される。
Use of starch prepared according to the method in board making In some embodiments, the board (e.g., gypsum board) comprises at least about 8 wt% to about about wt. It can be made by forming a pregelatinized partially hydrolyzed starch by making a wet starch precursor having a water content of 25% by weight, where the acid is: a weak acid, starch that does not substantially chelate calcium ions Selected from strong acids in an amount up to about 0.01% by weight, or combinations thereof.

次に湿性デンプン前駆体を、約150℃(約300°F)〜約210℃(約410°F)のダイ温度の押出機に供給し、湿性デンプンをアルファ化し、少なくとも部分的に加水分解されるよう酸変性する。次いでアルファ化部分加水分解デンプンを、少なくとも水及びスタッコと混合してスラリーを形成させ、その後第1カバーシートと第2カバーシートの間に配置して、湿性組立体を形成させる。次に湿性組立体をボードへと切断後、乾燥させる。ボードの硬化石膏芯は、異なる方法で調製されたデンプンを用いて作製された硬化石膏芯よりも大きい圧縮強度を有することが好ましい。   The wet starch precursor is then fed to an extruder at a die temperature of about 150 ° C. (about 300 ° F.) to about 210 ° C. (about 410 ° F.) to alphalyze the wet starch and be at least partially hydrolyzed. Acid-modified. The pregelatinized partially hydrolyzed starch is then mixed with at least water and stucco to form a slurry and then disposed between the first cover sheet and the second cover sheet to form a wet assembly. The wet assembly is then cut into boards and dried. The hardened gypsum core of the board preferably has a higher compressive strength than the hardened gypsum core made with starch prepared in a different way.

本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプンは、驚くべき且つ予想外なことに、スラリーに比較的少量で(固体/固体基準)含まれていることができ、且つそれでもなおボードでの著しい強度向上が得られる。したがって、本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプンは、スタッコの重量に基づき約0.1重量%〜約10重量%、例えば約0.5重量%〜約10重量%の量で石膏スラリー中に含まれていることができる。   The pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention can be surprisingly and unexpectedly contained in a relatively small amount (solid / solid basis) in the slurry and still board. A significant improvement in strength can be obtained. Thus, pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention is an amount of about 0.1 wt% to about 10 wt%, such as about 0.5 wt% to about 10 wt%, based on the weight of stucco. In gypsum slurry.

本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプンの量が、スラリー中、これらの範囲を超えて増加することは、効果的に強度を改良しない。なぜなら、いくつかの実施形態においては、さらに多くのデンプンを加えることに対して、強度レベルはある程度に一定状態に達することができるからである。しかしながら、必要である場合には、特に強度における収穫逓減が許容される場合には、より多いデンプン量を用いることができる。   Increasing the amount of pregelatinized partially hydrolyzed starch according to embodiments of the present invention beyond these ranges in the slurry does not effectively improve strength. This is because, in some embodiments, the strength level can reach a certain degree to some extent as more starch is added. However, higher starch levels can be used if necessary, especially where diminishing returns in strength are allowed.

本発明の実施形態においては、アルファ化部分加水分解デンプンは、例えば以下の表3A及び3Bに挙げられるような量で、石膏スラリーに加えることができる。表において、「X」は、「約[一番上の行の対応する値]から約[一番左の列の対応する値]」の範囲を表す。示される値は、スタッコの重量パーセントとしてのデンプン量を表す。表現を容易にするために、各値は「約」でその値を表すことが理解されるであろう。例えば、最初の「X」は、「スタッコの約0.1重量%のデンプンからスタッコの約0.25重量%のデンプン」の範囲である。   In embodiments of the present invention, pregelatinized partially hydrolyzed starch can be added to the gypsum slurry in amounts such as those listed in Tables 3A and 3B below. In the table, “X” represents a range from “about [corresponding value in the top row] to about [corresponding value in the leftmost column]”. The value shown represents the amount of starch as a weight percent of stucco. It will be understood that each value is represented by “about” for ease of presentation. For example, the first “X” ranges from “about 0.1 wt% starch of stucco to about 0.25 wt% starch of stucco”.

したがって、スラリーに加えられる、本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプンの量は、表3A又は3Bに記載されている前述の端点の間及びそのいずれかを含む範囲を有することができる。   Accordingly, the amount of pregelatinized partially hydrolyzed starch added in accordance with an embodiment of the present invention added to the slurry has a range that includes between and includes any of the aforementioned endpoints listed in Tables 3A or 3B. Can do.

本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプンは、様々な用途のいくつかの実施形態において、他のデンプンと組み合わせてスラリーへ加えることができる。例えば、以下に記載される石膏ウォールボードの場合、本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプンは、特に水必要量の幾分の増加が許容される場合に、他のデンプンと組み合わせて、芯強度と、紙−芯結合とを向上させることができる。   The pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention can be added to the slurry in combination with other starches in some embodiments of various applications. For example, in the case of the gypsum wallboard described below, pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention can be compared to other starches, especially if some increase in water requirements is acceptable. In combination, core strength and paper-core coupling can be improved.

したがって本発明のいくつかの実施形態においては、石膏スラリーは、1種以上の、本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプンと、1種以上の他の種類のデンプンとを含んでもよい。他のデンプンには、例えば、20センチポアズ未満の粘度及び/又は700センチポアズを超える粘度を有するアルファ化デンプンが含まれ得る。1つの例は、アルファ化トウモロコシデンプン(例えば、700センチポアズを超える、約773センチポアズといった粘度を有する)である。他のデンプンは、例えば酸変性デンプン等の非アルファ化デンプンの形態、及び糊化されていない、例えばエチル化デンプン等のアルキル化デンプン等の形態であってもよい。デンプンの組合せは、石膏スラリーへの加える前に予備混合(例えば乾燥混合において、任意にスタッコ等の他の成分と、もしくは湿性混合において他の湿性成分と)してもよく、もしくはそれらを1つずつ石膏スラリーに組み入れてもよく、又はそれらの任意の変形であってもよい。本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプン、及び他のデンプンは、好適な任意の比率で含まれていてもよい。   Thus, in some embodiments of the present invention, the gypsum slurry includes one or more pregelatinized partially hydrolyzed starches prepared according to embodiments of the present invention and one or more other types of starch. But you can. Other starches can include, for example, pregelatinized starch having a viscosity of less than 20 centipoise and / or greater than 700 centipoise. One example is pregelatinized corn starch (eg, having a viscosity of greater than 700 centipoise, about 773 centipoise). Other starches may be in the form of non-pregelatinized starch such as acid-modified starch and in the form of non-gelatinized alkylated starch such as ethylated starch. The starch combination may be pre-mixed (eg, in dry mix, optionally with other ingredients such as stucco, or other wet ingredients in wet mix) before adding to the gypsum slurry, or one of them. Each may be incorporated into the gypsum slurry, or any variation thereof. Pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention, and other starches may be included in any suitable ratio.

例えば、本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプンのデンプン含有率は、石膏スラリーに加えられる合計デンプン含有量のパーセントで、例えば約10重量%以上であることができ、例えば約20%以上、約30%以上、約40%以上、約50%以上、約60%以上、約70%以上、約80%以上、約90%以上、約95%以上、約99%以上、約100%以上、又は中間の任意の範囲であることができる。いくつかの実施形態においては、本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプンの他のデンプンに対する比率は、約25:75、約30:70、約35:65、約50:50、約65:35、約70:30、約75:25等であってよい。   For example, the starch content of pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared in accordance with embodiments of the present invention can be a percentage of the total starch content added to the gypsum slurry, for example about 10% or more by weight, for example about 20% or more, about 30% or more, about 40% or more, about 50% or more, about 60% or more, about 70% or more, about 80% or more, about 90% or more, about 95% or more, about 99% or more, about It can be 100% or more, or any intermediate range. In some embodiments, the ratio of pregelatinized partially hydrolyzed starch to other starches prepared according to embodiments of the present invention is about 25:75, about 30:70, about 35:65, about 50:50. About 65:35, about 70:30, about 75:25, and the like.

いくつかの実施形態においては、デンプン成分に加えて、スラリーは、水と、スタッコと、発泡剤(時には単に「泡」と呼ばれる)と、所望であれば他の添加剤とを含むように配合される。驚くべき且つ予想外なことに、いくつかの実施形態に従って、特に中程度の粘度を示す実施形態に従って、本発明の実施形態に従って押出機で調製されるアルファ化部分加水分解デンプン無しの場合と同じレベルのスラリー流動性を維持するのに加えられる必要がある水の量は、異なる方法に従って調製されるデンプンを使用した場合に必要とされる水の量の増分よりも少ないことが見出されている。スタッコは、アルファ型硫酸カルシウム半水和物、ベータ型硫酸カルシウム半水和物及び/又は硫酸カルシウム無水物の形態であることができる。スタッコは、繊維質又は非繊維質であることができる。発泡剤を組み入れて、硬化石膏の連続的な結晶性マトリックス内部に空隙分布を形成させることができる。いくつかの実施形態においては、発泡剤は、主重量部分の不安定成分と、少重量部分の安定成分を含む(例えば、不安定なものと、安定/不安定なもののブレンドが組み合わされている場合)。安定成分に対する不安定成分の重量比は、硬化石膏芯内部の空隙分布の形成に有効である。例えば米国特許第5,643,510号、同第6,342,284号及び同第6,632,550号を参照のこと。   In some embodiments, in addition to the starch component, the slurry is formulated to include water, stucco, a foaming agent (sometimes simply referred to as “foam”), and other additives if desired. Is done. Surprisingly and unexpectedly, the same as in the case of no pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared in an extruder according to embodiments of the present invention, according to some embodiments, particularly according to embodiments exhibiting moderate viscosity It has been found that the amount of water that needs to be added to maintain a level of slurry fluidity is less than the incremental amount of water required when using starch prepared according to different methods. Yes. The stucco can be in the form of alpha-type calcium sulfate hemihydrate, beta-type calcium sulfate hemihydrate and / or calcium sulfate anhydrate. The stucco can be fibrous or non-fibrous. A blowing agent can be incorporated to form a void distribution within the continuous crystalline matrix of hardened gypsum. In some embodiments, the blowing agent includes a major part of an unstable component and a minor part of a stable component (eg, a blend of unstable and stable / unstable). If). The weight ratio of the unstable component to the stable component is effective for forming a void distribution inside the hardened gypsum core. See, e.g., U.S. Patent Nos. 5,643,510, 6,342,284, and 6,632,550.

好適な間隙分布及び壁厚は(独立して)、特に、より低密度のボード(例えば約35pcf未満)において、強度の向上に有効であり得ることが見出されている。例えば米国特許出願公開第2007/0048490号及び同第2008/0090068号を参照のこと。蒸発水間隙は、概して直径約5μm以下の間隙を有し、前述の空隙(泡)と共に総間隙分布にも寄与する。いくつかの実施形態においては、約5ミクロン以下の細孔サイズを有する間隙に対する、約5ミクロンよりも大きい細孔サイズを有する間隙の体積比は、約0.5:1〜約9:1であり、例えば約0.7:1〜約9:1、約0.8:1〜約9:1、約1.4:1〜約9:1、約1.8:1〜約9:1、約2.3:1〜約9:1、約0.7:1〜約6:1、約1.4:1〜約6:1、約1.8:1〜約6:1、約0.7:1〜約4:1、約1.4:1〜約4:1、約1.8:1〜約4:1、約0.5:1〜約2.3:1、約0.7:1〜約2.3:1、約0.8:1〜約2.3:1、約1.4:1〜約2.3:1、約1.8:1〜約2.3:1等である。いくつかの実施形態においては、発泡剤はスラリー中に、例えばスタッコの約0.5重量%未満の量で存在し、例えばスタッコの約0.01重量%〜約0.5重量%、約0.01重量%〜約0.4重量%、約0.01重量%〜約0.3重量%、約0.01重量%〜約0.2重量%、約0.01重量%〜約0.1重量%、約0.02重量%〜約0.4重量%、約0.02重量%〜約0.3重量%、約0.02重量%〜約0.2重量%等の量で存在する。   It has been found that suitable gap distribution and wall thickness (independently) can be effective in increasing strength, particularly in lower density boards (eg, less than about 35 pcf). See, for example, US Patent Application Publication Nos. 2007/0048490 and 2008/0090068. The evaporating water gap generally has a gap of about 5 μm or less in diameter, and contributes to the total gap distribution together with the aforementioned gaps (bubbles). In some embodiments, the volume ratio of a gap having a pore size greater than about 5 microns to a gap having a pore size of about 5 microns or less is about 0.5: 1 to about 9: 1. For example, about 0.7: 1 to about 9: 1, about 0.8: 1 to about 9: 1, about 1.4: 1 to about 9: 1, about 1.8: 1 to about 9: 1 About 2.3: 1 to about 9: 1, about 0.7: 1 to about 6: 1, about 1.4: 1 to about 6: 1, about 1.8: 1 to about 6: 1, about 0.7: 1 to about 4: 1, about 1.4: 1 to about 4: 1, about 1.8: 1 to about 4: 1, about 0.5: 1 to about 2.3: 1, about 0.7: 1 to about 2.3: 1, about 0.8: 1 to about 2.3: 1, about 1.4: 1 to about 2.3: 1, about 1.8: 1 to about 2 .3: 1 etc. In some embodiments, the blowing agent is present in the slurry, for example, in an amount less than about 0.5% by weight of the stucco, such as from about 0.01% to about 0.5% by weight of the stucco, about 0%. 0.01 wt% to about 0.4 wt%, about 0.01 wt% to about 0.3 wt%, about 0.01 wt% to about 0.2 wt%, about 0.01 wt% to about 0.0 wt%. 1% by weight, about 0.02% to about 0.4%, about 0.02% to about 0.3%, about 0.02% to about 0.2%, etc. To do.

促進剤(例えば湿性石膏促進剤、耐熱性促進剤、環境安定性促進剤)及び遅延剤等の添加剤は周知されており、いくつかの実施形態において含まれていることができる。例えば米国特許第3,573,947号及び同第6,409,825号を参照のこと。促進剤及び/又は遅延剤が含まれるいくつかの実施形態においては、促進剤及び/又は遅延剤はそれぞれ、固体基準で、例えばスタッコの約0重量%〜約10重量%(例えば約0.1%〜約10%)の量で石膏スラリー中に存在することができ、例えばスタッコの約0重量%〜約5重量%(例えば約0.1%〜約5%)の量で石膏スラリー中に存在することができる。所望であれば他の添加剤を組み入れて、例えば強度を与えて充分な強度を有する低重量製品を可能にしてもよく、永久歪みを防いでもよく、例えば製造ラインを下って行くコンベア上に製品がある際の生強度を増進させてもよく、耐火性を増進させてもよく、耐水性を増進させる等してもよい。   Additives such as accelerators (eg, wet gypsum accelerators, heat resistance accelerators, environmental stability accelerators) and retarders are well known and can be included in some embodiments. See, for example, U.S. Pat. Nos. 3,573,947 and 6,409,825. In some embodiments where accelerators and / or retarders are included, the accelerators and / or retarders are each on a solids basis, for example, from about 0% to about 10% (eg, about 0.1% by weight of stucco). % To about 10%) in the gypsum slurry, for example from about 0% to about 5% (eg about 0.1% to about 5%) of the stucco in the gypsum slurry. Can exist. If desired, other additives may be incorporated, for example to give strength and allow for low weight products with sufficient strength, to prevent permanent distortion, eg products on a conveyor down the production line The green strength may be increased when there is water, fire resistance may be improved, water resistance may be improved, and the like.

例えばスラリーは、いくつかの実施形態において、1種以上の分散剤を任意に含んで、流動性を向上させることができる。分散剤は、本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプン及び他の成分のように、他の乾燥成分と共に乾燥形態で、及び/又は他の液体成分と共に液体形態で芯スラリー内に含まれていてもよい。分散剤の例としては、例えばポリナフタレンスルホン酸及びその塩(ポリナフタレンスルホン酸塩)等のナフタレンスルホン酸類ならびにナフタレンスルホン酸とホルムアルデヒドとの縮合生成物である誘導体;ならびにポリカルボン酸エーテル等のポリカルボキシレート分散剤、例えばPCE211、PCE111、1641、1641F、もしくはPCE 2641型分散剤、例えばMELFLUX 2641F、MELFLUX 2651F、MELFLUX 1641F、MELFLUX 2500L分散剤(BASF)、及びCoatex, Inc.から入手可能なCOATEX Ethacryl M;ならびに/又はリグノスルホン酸塩もしくはスルホン化リグニンが挙げられる。リグノスルホン酸塩は、亜硫酸パルプ化を使用した木材パルプ製造からの副生成物である、水溶性のアニオン性高分子電解質ポリマーである。本発明の実施形態の原理の実施において有用なリグニンの1例は、Reed Lignin Incから入手可能なMarasperse C−21である。   For example, the slurry can optionally include one or more dispersants in some embodiments to improve fluidity. The dispersant may be in dry form with other dry ingredients and / or in liquid form with other liquid ingredients, such as pregelatinized partially hydrolyzed starch and other ingredients prepared according to embodiments of the present invention. May be included. Examples of dispersants include, for example, naphthalene sulfonic acids such as polynaphthalene sulfonic acid and its salts (polynaphthalene sulfonate) and derivatives that are condensation products of naphthalene sulfonic acid and formaldehyde; and polycarboxylic acid ethers and the like. Carboxylate dispersants such as PCE211, PCE111, 1641, 1641F, or PCE2641 type dispersants such as MELFLUX 2641F, MELFLUX 2651F, MELFLUX 1641F, MELFLUX 2500L dispersant (BASF), and Coatex, Inc. COATEX Ethacryl M available from: and / or lignosulfonates or sulfonated lignins. Lignosulfonate is a water-soluble anionic polyelectrolyte polymer that is a by-product from wood pulp production using sulfite pulping. One example of a lignin useful in practicing the principles of embodiments of the present invention is Marasperse C-21, available from Reed Lignin Inc.

より低分子量の分散剤が概して好ましい。より低分子量のナフタレンスルホン酸分散剤が好ましく、なぜならそれらは、より高粘度で高分子量の分散剤よりも水必要量が少ない傾向があるからである。したがって、約3,000〜約10,000(例えば約8,000〜約10,000)の分子量が好ましい。PCE211型分散剤用の別の例示として、いくつかの実施形態においては、分子量は、約20,000〜約60,000であることができ、60,000を超える分子量を有する分散剤よりも少ない遅延を示す。   Lower molecular weight dispersants are generally preferred. Lower molecular weight naphthalene sulfonic acid dispersants are preferred because they tend to require less water than higher viscosity, higher molecular weight dispersants. Accordingly, a molecular weight of about 3,000 to about 10,000 (eg, about 8,000 to about 10,000) is preferred. As another example for a PCE 211 type dispersant, in some embodiments, the molecular weight can be from about 20,000 to about 60,000, less than a dispersant having a molecular weight greater than 60,000. Indicates delay.

ナフタレンスルホン酸塩の1例は、GEO Specialty Chemicalsから入手可能なDILOFLOである。DILOFLOは、45%のナフタレンスルホン酸塩水溶液であるが、例えば約35重量%〜約55重量%の範囲の固体含有量の他の水溶液も容易に入手可能である。ナフタレンスルホン酸塩は、例えばGEO Specialty Chemicalsから入手可能なLOMAR D等の、乾燥固体又は粉末形態で使用することができる。別の好ましいナフタレンスルホン酸塩は、Hampshire Chemical Corp.から入手可能なDAXADである。   One example of naphthalene sulfonate is DILOFLO, available from GEO Specialty Chemicals. DILOFLO is a 45% aqueous solution of naphthalene sulfonate, but other aqueous solutions with a solid content ranging from, for example, about 35% to about 55% by weight are readily available. The naphthalene sulfonate can be used in dry solid or powder form, such as LOMAL D available from GEO Specialty Chemicals. Another preferred naphthalene sulfonate salt is Hampshire Chemical Corp. DAXAD available from

分散剤が含まれる場合、分散剤は好適な任意の(固体/固体)量で含まれることができ、例えば、スタッコの重量に基づき約0.1重量%〜約5重量%の量で含まれることができ、例えば約0.1%〜約4%、約0.1%〜約3%、約0.2%〜約3%、約0.5%〜約3%、約0.5%〜約2.5%、約0.5%〜約2%、約0.5%〜約1.5%等の量で含まれることができる。   If a dispersant is included, the dispersant can be included in any suitable (solid / solid) amount, for example, in an amount of about 0.1 wt% to about 5 wt% based on the weight of the stucco. For example, about 0.1% to about 4%, about 0.1% to about 3%, about 0.2% to about 3%, about 0.5% to about 3%, about 0.5% To about 2.5%, about 0.5% to about 2%, about 0.5% to about 1.5%, and the like.

いくつかの実施形態においては、所望であれば、1種以上のリン酸含有化合物もスラリー中に任意に含まれていることができる。例えば、いくつかの実施形態において有用なリン酸含有成分には水溶性成分が含まれ、リン酸含有成分は、イオン、塩、又は酸、すなわちそれぞれが2つ以上のリン酸単位を含む縮合リン酸;それぞれが2つ以上のリン酸塩単位を含む縮合リン酸塩の塩又はイオン;及びオルトリン酸塩の一塩基酸塩又は一価イオン、ならびに水溶性の非環式ポリリン酸塩の形態であることができる。例えば米国特許第6,342,284号、同第6,632,550号、同第6,815,049号及び同第6,822,033号を参照のこと。   In some embodiments, if desired, one or more phosphoric acid-containing compounds may optionally be included in the slurry. For example, a phosphate-containing component useful in some embodiments includes a water-soluble component, and the phosphate-containing component is an ion, salt, or acid, i.e., a condensed phosphorus, each containing two or more phosphate units. Acid; in the form of condensed phosphate salts or ions each containing two or more phosphate units; and orthophosphate monobasic or monovalent ions, and water-soluble acyclic polyphosphates Can be. See, for example, U.S. Patent Nos. 6,342,284, 6,632,550, 6,815,049, and 6,822,033.

いくつかの実施形態においてリン酸塩組成物が加えられる場合は、リン酸塩組成物は、生強度、永久歪み(例えばたるみ)に対する耐性、寸法安定性等を向上させることができる。例えば、トリメタリン酸ナトリウム、トリメタリン酸カリウム、トリメタリン酸リチウム、及びトリメタリン酸アンモニウムを含めたトリメタリン酸塩化合物を使用することができる。トリメタリン酸ナトリウム(STMP)が好ましいが、例えばテトラメタリン酸ナトリウム、約6〜約27のリン酸塩繰返単位を有し且つ分子式Nan+23n+1(式中、n=6〜27)を有するヘキサメタリン酸ナトリウム、分子式Kを有するピロリン酸四カリウム、分子式Na10を有するトリポリリン酸二カリウム三ナトリウム、分子式Na10を有するトリポリリン酸ナトリウム、分子式Naを有するピロリン酸四ナトリウム、分子式Al(POを有するトリメタリン酸アルミニウム、分子式Naを有する酸性ピロリン酸ナトリウム、1,000〜3,000個のリン酸塩繰返単位を有し且つ分子式(NHn+23n+1(式中、n=1,000〜3,000)を有するポリリン酸アンモニウム、又は2つ以上のリン酸塩繰返単位を有し且つ分子式Hn+23n+1(式中、nは2以上)を有するポリリン酸を含めた他のリン酸塩が好適であってもよい。 If a phosphate composition is added in some embodiments, the phosphate composition can improve green strength, resistance to permanent set (eg, sagging), dimensional stability, and the like. For example, trimetaphosphate compounds including sodium trimetaphosphate, potassium trimetaphosphate, lithium trimetaphosphate, and ammonium trimetaphosphate can be used. Sodium trimetaphosphate (STMP) is preferred, for example sodium tetrametaphosphate, having about 6 to about 27 phosphate repeating units and the molecular formula Na n + 2 P n O 3n + 1 where n = 6 to 27 Sodium hexametaphosphate having, tetrapotassium pyrophosphate having molecular formula K 4 P 2 O 7 , tripotassium tripolyphosphate having molecular formula Na 3 K 2 P 3 O 10 , sodium tripolyphosphate having molecular formula Na 5 P 3 O 10 , Tetrasodium pyrophosphate having molecular formula Na 4 P 2 O 7 , aluminum trimetaphosphate having molecular formula Al (PO 3 ) 3 , acidic sodium pyrophosphate having molecular formula Na 2 H 2 P 2 O 7 , 1,000 to 3,000 and molecular formula has a number of phosphate repeating units (NH 4) n + 2 P n O n + 1 in (wherein, n = 1,000 to 3,000) ammonium polyphosphate having, or and molecular formula has two or more phosphate repeating units H n + 2 P n O 3n + 1 ( wherein, n is 2 Other phosphates including polyphosphoric acid having the above may be suitable.

いくつかの実施形態においては、リン酸塩は、乾燥形態で、又は水中の形態(例えば約5%〜約20%のリン酸塩溶液、例えば約10%溶液等)で含まれることができる。リン酸塩が含まれる場合、リン酸塩は、好適な任意量(固体/固体基準)であることができ、例えばスタッコの重量に基づき約0.01重量%〜約0.5重量%であることができ、例えばスタッコの重量に基づき約0.03重量%〜約0.4重量%、約0.1重量%〜約0.3重量%、又は約0.12重量%〜約0.4重量%であることができる。   In some embodiments, the phosphate can be included in a dry form or in water (eg, from about 5% to about 20% phosphate solution, such as about a 10% solution). When phosphate is included, the phosphate can be in any suitable amount (solid / solid basis), for example from about 0.01% to about 0.5% by weight based on the weight of the stucco. For example, from about 0.03% to about 0.4%, from about 0.1% to about 0.3%, or from about 0.12% to about 0.4%, based on the weight of the stucco % By weight.

耐火評価された製品及び/又は耐水性製品に対し好適な添加剤も任意に含まれていることができ、好適な添加剤としては、例えばシロキサン(耐水性);繊維;アルミニウム三水和物(ATH)、水酸化マグネシウムもしくは同類の物等の吸熱添加剤;及び/又は高膨張性粒子(例えば、1560°Fで約1時間加熱した場合に元の体積の約300%以上に膨張可能)が挙げられる。これら及び他の成分の記載については、例えば、同時係属中の、同一出願人による米国出願第13/400,010号(2012年2月17日出願)を参照のこと。いくつかの実施形態においては、高膨張バーミキュライトが含まれるが、他の耐火性材料が含まれることができる。本発明のいくつかの耐火評価された製品のボードは、約17分以上の、例えば約20分以上、約30分以上、約45分以上、約60分以上等の断熱インデックス(TI);ならびに/又は約10%未満のx−y方向での高温収縮(約1560°F(850℃)の温度において)及び約20%超のz方向での膨張を有することができる。耐火又は耐水性添加剤は、例えば耐火評価等に応じて、所望であれば好適な任意量で含まれていることができる。例えば耐火又は耐水性添加剤が含まれる場合、耐火又は耐水性添加剤は、スタッコの約0.5重量%〜約10重量%の量であることができ、例えばスタッコの約1重量%〜約10重量%、約1重量%〜約8重量%、約2重量%〜約10重量%、約2重量%〜約8重量%等であることができる。   Additives suitable for fire-rated products and / or water-resistant products may optionally be included, such as siloxane (water resistant); fiber; aluminum trihydrate ( Endothermic additives such as ATH), magnesium hydroxide or the like; and / or highly expandable particles (eg, expandable to about 300% or more of original volume when heated at 1560 ° F. for about 1 hour). Can be mentioned. For a description of these and other components, see, for example, co-pending U.S. Application No. 13 / 400,010 (filed February 17, 2012) by the same applicant. In some embodiments, high expansion vermiculite is included, but other refractory materials can be included. Some fire-rated product boards of the present invention have a thermal insulation index (TI) of about 17 minutes or more, such as about 20 minutes or more, about 30 minutes or more, about 45 minutes or more, about 60 minutes or more; and It may have a high temperature shrinkage in the xy direction of less than about 10% (at a temperature of about 1560 ° F. (850 ° C.)) and an expansion in the z direction of greater than about 20%. The fire-resistant or water-resistant additive can be contained in any suitable amount if desired, for example, depending on fire resistance evaluation. For example, when a fire or water resistant additive is included, the fire or water resistant additive can be in an amount of about 0.5% to about 10% by weight of the stucco, such as from about 1% to about 10 wt%, about 1 wt% to about 8 wt%, about 2 wt% to about 10 wt%, about 2 wt% to about 8 wt%, and the like.

いくつかの実施形態においては、シロキサンが含まれる場合、シロキサンはエマルションの形態で加えることが好ましい。次にスラリーを、シロキサンの重合を促進して高度に架橋したシリコーン樹脂を形成させる条件下で成形し、乾燥する。シロキサンの重合を促進して高度に架橋したシリコーン樹脂を形成させる触媒を、石膏スラリーに加えることができる。いくつかの実施形態においては、Wacker−Chemie GmbH(独国ミュンヘン)によってSILRES BS 94という名前で販売されている無溶媒メチル水素シロキサン液をシロキサンとして使用することができる。この製品は、水又は溶媒を含有しないシロキサン液である。いくつかの実施形態においては、乾燥成分の重量に基づき約0.3%〜約1.0%のBS 94シロキサンを使用してもよいことが意図される。例えば、いくつかの実施形態においては、乾燥スタッコ重量に基づき約0.4%〜約0.8%のシロキサンを使用することが好ましい。   In some embodiments, when siloxane is included, it is preferred to add the siloxane in the form of an emulsion. The slurry is then shaped and dried under conditions that promote siloxane polymerization to form a highly crosslinked silicone resin. A catalyst can be added to the gypsum slurry that promotes the polymerization of the siloxane to form a highly crosslinked silicone resin. In some embodiments, a solvent-free methylhydrogen siloxane solution sold under the name SILRES BS 94 by Wacker-Chemie GmbH (Munich, Germany) can be used as the siloxane. This product is a siloxane liquid containing no water or solvent. In some embodiments, it is contemplated that from about 0.3% to about 1.0% BS 94 siloxane may be used, based on the weight of the dry ingredients. For example, in some embodiments, it is preferred to use about 0.4% to about 0.8% siloxane based on dry stucco weight.

スラリー配合物は、好適な任意の水/スタッコ比で作製することができ、例えば約0.4〜約1.3での比で作製することができる。しかしながら、本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプンは、それらが入れられるスラリーに加える必要がある水の量を減らすので、いくつかの実施形態においては、他のデンプン(例えば異なる方法に従って調製される従来のアルファ化デンプン)と比較して、本スラリーは、他のデンプンを含有する石膏スラリーでの従来比よりも低い水/スタッコ比の投入量を用いて、特には低い重量/密度で配合することができる。例えば、いくつかの実施形態においては、水/スタッコ比は、約0.4〜約1.1、約0.4〜約0.9、約0.4〜約0.85、約0.45〜約0.85、約0.55〜約0.85、約0.55〜約0.8、約0.6〜約0.9、約0.6〜約0.85、約0.6〜約0.8等であることができる。   The slurry formulation can be made at any suitable water / stucco ratio, such as at a ratio of about 0.4 to about 1.3. However, pregelatinized partially hydrolyzed starches prepared according to embodiments of the present invention reduce the amount of water that needs to be added to the slurry in which they are placed, so in some embodiments other starches (e.g., different Compared to conventional pregelatinized starches prepared according to the process), this slurry has a particularly low weight with a lower water / stucco ratio input than the conventional ratio in gypsum slurries containing other starches. / The density can be blended. For example, in some embodiments, the water / stucco ratio is about 0.4 to about 1.1, about 0.4 to about 0.9, about 0.4 to about 0.85, about 0.45. To about 0.85, about 0.55 to about 0.85, about 0.55 to about 0.8, about 0.6 to about 0.9, about 0.6 to about 0.85, about 0.6 ~ 0.8 and so on.

カバーシートは、好適な任意の材料及び坪量で形成させることができる。有利に、本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプン含むスラリーから形成されるボード芯は、いくつかの実施形態においては、例えば45lbs/MSF未満(例えば約33lbs/MSF〜45lbs/MSF)等のより低い坪量のカバーシートを備えるボードにおいてでさえも充分な強度を提供し、より低重量のボード(例えば約35pcf以下の密度を有する)に対してであっても充分な強度を提供する。しかしながら、いくつかの実施形態においては、所望であればより重い坪量を用いて、例えば釘抜き抵抗性をさらに向上させるか、又は手触りを向上させて、例えば最終使用者用の望ましい「感触」特性を促進させることができる。   The cover sheet can be formed of any suitable material and basis weight. Advantageously, board cores formed from slurries containing pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention, in some embodiments, for example, less than 45 lbs / MSF (eg, about 33 lbs / MSF to 45 lbs / MSF) provides sufficient strength even in boards with lower basis weight cover sheets such as MSF) and is sufficient even for lower weight boards (eg having a density of about 35 pcf or less) I will provide a. However, in some embodiments, a heavier basis weight is used if desired, for example, to further improve nail pull resistance, or to improve hand feel, for example, desirable “feel” characteristics for the end user. Can be promoted.

いくつかの実施形態においては、特に、より低密度のボードで強度(例えば、釘抜き強度)を向上させるために、片方又は両方のカバーシートは紙から形成させることができ、且つ例えば、約45lbs/MSF以上(例えば約45lbs/MSF〜約65lbs/MSF、約45lbs/MSF〜約60lbs/MSF、約45lbs/MSF〜約55lbs/MSF、約50lbs/MSF〜約65lbs/MSF、約50lbs/MSF〜約60lbs/MSF等)の坪量を有することができる。所望であれば、いくつかの実施形態においては、1枚のカバーシート(例えば、設置される時の「表」紙側)は、前述のより高い坪量を有して、例えば釘抜き抵抗性及び手触りを向上させることができ、他のカバーシート(例えば、ボードが設置される時の「裏」シート)は、所望であれば幾分低い坪量を有することができる(例えば約45lbs/MSF未満の坪量、例えば約33lbs/MSF〜45lbs/MSF、又は約33lbs/MSF〜約40lbs/MSF)。   In some embodiments, one or both cover sheets can be formed from paper and, for example, about 45 lbs / in order to improve strength (eg, nail pull strength), especially with lower density boards. MSF or higher (eg, about 45 lbs / MSF to about 65 lbs / MSF, about 45 lbs / MSF to about 60 lbs / MSF, about 45 lbs / MSF to about 55 lbs / MSF, about 50 lbs / MSF to about 65 lbs / MSF, about 50 lbs / MSF to about 60 lbs / MSF, etc.). If desired, in some embodiments, a single cover sheet (eg, the “front” paper side when installed) has a higher basis weight as described above, eg, nail resistance and The touch can be improved and other cover sheets (eg, “back” sheets when the board is installed) can have a somewhat lower basis weight if desired (eg, less than about 45 lbs / MSF). Basis weight, such as about 33 lbs / MSF to 45 lbs / MSF, or about 33 lbs / MSF to about 40 lbs / MSF).

ボード重量は厚さの関数である。ボードは一般に様々な厚さで作製されるので、ボード密度は、ボード重量の尺度として本明細書において使用される。本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプンの利点は、様々なボード密度にわたって見ることができ、そのボード密度は例えば約40pcf以下であり、例えば約20pcf〜約40pcf、約24pcf〜約37pcf等である。しかしながら、本発明の好ましい実施形態は、低密度における特定の有用性を有し、本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプンによって提供される向上した強度により、異なる方法に従って調製される他のデンプンから作製されるボードよりも優れた強度と、少ない水必要量とを有する、より低重量のボードの使用が有利に可能となる。   Board weight is a function of thickness. Board density is used herein as a measure of board weight because boards are typically made with various thicknesses. The benefits of pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention can be seen over a variety of board densities, such as about 40 pcf or less, such as from about 20 pcf to about 40 pcf, about 24 pcf to About 37 pcf. However, preferred embodiments of the present invention have particular utility at low density and are prepared according to different methods due to the enhanced strength provided by pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention. This advantageously allows the use of lower weight boards that have superior strength and less water requirements than boards made from other starches.

例えば、いくつかの実施形態においては、ボード密度は、約20pcf〜約35pcfであることができ、例えば約20pcf〜約34pcf、約20pcf〜約33pcf、約20pcf〜約32pcf、約20pcf〜約31pcf、約20pcf〜約30pcf、約20pcf〜約29pcf、約21pcf〜約35pcf、約21pcf〜約34pcf、約21pcf〜約33pcf、約21pcf〜約32pcf、約21pcf〜約31pcf、約21pcf〜約30pcf、約21pcf〜約29pcf、約24pcf〜約35pcf、約24pcf〜約34pcf、約24pcf〜約33pcf、約24pcf〜約32pcf、約24pcf〜約31pcf、約24pcf〜約30pcf、又は約24pcf〜約29pcfであることができる。   For example, in some embodiments, the board density can be about 20 pcf to about 35 pcf, such as about 20 pcf to about 34 pcf, about 20 pcf to about 33 pcf, about 20 pcf to about 32 pcf, about 20 pcf to about 31 pcf, About 20 pcf to about 30 pcf, about 20 pcf to about 29 pcf, about 21 pcf to about 35 pcf, about 21 pcf to about 34 pcf, about 21 pcf to about 33 pcf, about 21 pcf to about 32 pcf, about 21 pcf to about 31 pcf, about 21 pcf to about 30 pcf, about 21 pcf About 29 pcf, about 24 pcf to about 35 pcf, about 24 pcf to about 34 pcf, about 24 pcf to about 33 pcf, about 24 pcf to about 32 pcf, about 24 pcf to about 31 pcf, about 24 pcf to about 30 pcf, or about 24 pcf to about 29 pcf Rukoto can.

本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプンをスラリーに加えて、本発明の製品の強度を増強することができ、これは特に、より低い重量/密度で有利であることができる。例えば、いくつかの実施形態においては、本発明の実施形態に従って作製されるボードは、実施例4において記載される方法に従って試験した場合、密度29pcfで、約400psi(2,750kPa)以上の圧縮強度を有する。有利に、本明細書において記載される様々なボード密度での様々な実施形態において、本発明の方法によって作製されるボードは、約400psi以上、例えば約450psi(3,100kPa)以上、約500psi(3,450kPa)以上、約550psi(3,800kPa)以上、約600psi(4,100kPa)以上、約650psi(4,500kPa)以上、約700psi(4,800kPa)以上、約750psi(5,200kPa)以上、約800psi(5,500kPa)以上、約850psi(5,850kPa)以上、約900psi(6,200kPa)以上、約950psi(6,550kPa)以上、又は約1,000psi(6,900kPa)以上の圧縮強度を有するよう調製することができる。さらに、いくつかの実施形態においては、圧縮強度は、前述の強度点のうち任意の2つによって限定されることができる。例えば圧縮強度は、約450psi〜約1,000psi(例えば約500psi〜約900psi、約600psi〜約800psi等)であることができる。   Pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention can be added to the slurry to enhance the strength of the product of the present invention, which can be particularly advantageous at lower weight / density. . For example, in some embodiments, a board made in accordance with an embodiment of the present invention has a compressive strength of about 400 psi (2,750 kPa) or greater at a density of 29 pcf when tested according to the method described in Example 4. Have Advantageously, in various embodiments at various board densities described herein, a board made by the method of the present invention is about 400 psi or more, such as about 450 psi (3,100 kPa) or more, about 500 psi ( 3,450 kPa) or more, about 550 psi (3,800 kPa) or more, about 600 psi (4,100 kPa) or more, about 650 psi (4,500 kPa) or more, about 700 psi (4,800 kPa) or more, about 750 psi (5,200 kPa) or more Compression of about 800 psi (5,500 kPa), about 850 psi (5,850 kPa), about 900 psi (6,200 kPa), about 950 psi (6,550 kPa), or about 1,000 psi (6,900 kPa) Can be prepared to have strength Kill. Further, in some embodiments, the compressive strength can be limited by any two of the aforementioned strength points. For example, the compressive strength can be about 450 psi to about 1,000 psi (eg, about 500 psi to about 900 psi, about 600 psi to about 800 psi, etc.).

いくつかの実施形態においては、本発明に従って作製されるボードは、ASTM標準C473−10の試験プロトコルに適合する。例えば、いくつかの実施形態においては、ボードが1/2インチの厚さで成形される場合、ボードは、ASTM C473−10に従って測定すると、約65lb以上の釘抜き抵抗性を有し、例えば約68lb以上、約70lb以上、約72lb以上、約75lb以上、約77lb以上等の釘抜き抵抗性を有する。様々な実施形態においては、釘抜き抵抗性は、約68lb〜約100lbであることができ、例えば約68lb〜約95lb、約68lb〜約90lb、約68lb〜約85lb、約68lb〜約80lb、約68lb〜約77lb、約68lb〜約75lb、約68lb〜約72lb、約68lb〜約70lb、約70lb〜約100lb、約70lb〜約95lb、約70lb〜約90lb、約70lb〜約85lb、約70lb〜約80lb、約70lb〜約77lb、約70lb〜約75lb、約70lb〜約72lb、約72lb〜約100lb、約72lb〜約95lb、約72lb〜約90lb、約72lb〜約85lb、約72lb〜約80lb、約72lb〜約77lb、約72lb〜約75lb、約75lb〜約100lb、約75lb〜約95lb、約75lb〜約90lb、約75lb〜約85lb、約75lb〜約80lb、約75lb〜約77lb、約77lb〜約100lb、約77lb〜約95lb、約77lb〜約90lb、約77lb〜約85lb、又は約77lb〜約80lbであることができる。   In some embodiments, a board made in accordance with the present invention meets ASTM standard C473-10 test protocol. For example, in some embodiments, if the board is molded with a thickness of 1/2 inch, the board has a nail pull resistance of greater than about 65 lb, as measured according to ASTM C473-10, such as about 68 lb. As described above, it has nail pulling resistance such as about 70 lb or more, about 72 lb or more, about 75 lb or more, about 77 lb or more. In various embodiments, the nail pull resistance can be about 68 lb to about 100 lb, such as about 68 lb to about 95 lb, about 68 lb to about 90 lb, about 68 lb to about 85 lb, about 68 lb to about 80 lb, about 68 lb. To about 77 lb, about 68 lb to about 75 lb, about 68 lb to about 72 lb, about 68 lb to about 70 lb, about 70 lb to about 100 lb, about 70 lb to about 95 lb, about 70 lb to about 90 lb, about 70 lb to about 85 lb, about 70 lb to about 80 lb, about 70 lb to about 77 lb, about 70 lb to about 75 lb, about 70 lb to about 72 lb, about 72 lb to about 100 lb, about 72 lb to about 95 lb, about 72 lb to about 90 lb, about 72 lb to about 85 lb, about 72 lb to about 80 lb, About 72 lb to about 77 lb, about 72 lb to about 75 lb, about 75 lb to about 100 b, about 75 lb to about 95 lb, about 75 lb to about 90 lb, about 75 lb to about 85 lb, about 75 lb to about 80 lb, about 75 lb to about 77 lb, about 77 lb to about 100 lb, about 77 lb to about 95 lb, about 77 lb to about 90 lb, It can be from about 77 lb to about 85 lb, or from about 77 lb to about 80 lb.

曲げ強度に関しては、いくつかの実施形態においては、1/2インチの厚さのボードで成形される場合、ボードは、ASTM標準C473に従って測定すると、長さ方向で約36lb以上(例えば約38lb以上、約40lb以上等)の曲げ強度を有し、且つ/又は幅方向で約107lb以上(例えば約110lb以上、約112lb以上等)の曲げ強度を有する。様々な実施形態においては、ボードは、約36lb〜約60lbの長さ方向での曲げ強度を有することができ、例えば約36lb〜約55lb、約36lb〜約50lb、約36lb〜約45lb、約36lb〜約40lb、約36lb〜約38lb、約38lb〜約60lb、約38lb〜約55lb、約38lb〜約50lb、約38lb〜約45lb、約38lb〜約40lb、約40lb〜約60lb、約40lb〜約55lb、約40lb〜約50lb、又は約40lb〜約45lbの長さ方向での曲げ強度を有することができる。様々な実施形態においては、ボードは、約107lb〜約130lbの幅方向での曲げ強度を有することができ、例えば約107lb〜約125lb、約107lb〜約120lb、約107lb〜約115lb、約107lb〜約112lb、約107lb〜約110lb、約110lb〜約130lb、約110lb〜約125lb、約110lb〜約120lb、約110lb〜約115lb、約110lb〜約112lb、約112lb〜約130lb、約112lb〜約125lb、約112lb〜約120lb、又は約112lb〜約115lbの幅方向での曲げ強度を有することができる。   With respect to flexural strength, in some embodiments, when molded with a 1/2 inch thick board, the board is about 36 lb or more in length (e.g., about 38 lb or more, as measured according to ASTM standard C473). , And / or a bending strength of about 107 lb or more (for example, about 110 lb or more, about 112 lb or more) in the width direction. In various embodiments, the board can have a bending strength in the longitudinal direction of about 36 lb to about 60 lb, such as about 36 lb to about 55 lb, about 36 lb to about 50 lb, about 36 lb to about 45 lb, about 36 lb. About 40 lb, about 36 lb to about 38 lb, about 38 lb to about 60 lb, about 38 lb to about 55 lb, about 38 lb to about 50 lb, about 38 lb to about 45 lb, about 38 lb to about 40 lb, about 40 lb to about 60 lb, about 40 lb to about It can have a bending strength in the longitudinal direction of 55 lb, about 40 lb to about 50 lb, or about 40 lb to about 45 lb. In various embodiments, the board can have a bending strength in the width direction of about 107 lb to about 130 lb, such as about 107 lb to about 125 lb, about 107 lb to about 120 lb, about 107 lb to about 115 lb, about 107 lb to about 107 lb. About 112 lb, about 107 lb to about 110 lb, about 110 lb to about 130 lb, about 110 lb to about 125 lb, about 110 lb to about 120 lb, about 110 lb to about 115 lb, about 110 lb to about 112 lb, about 112 lb to about 130 lb, about 112 lb to about 125 lb , About 112 lb to about 120 lb, or about 112 lb to about 115 lb in the width direction.

さらに、いくつかの実施形態においては、ボードは、ASTM C473−10に従って測定した場合、約11lb以上の平均芯硬度を有することができ、例えば約12lb以上、約13lb以上、約14lb以上、約15lb以上、約16lb以上、約17lb以上、約18lb以上、約19lb以上、約20lb以上、約21lb以上、又は約22lb以上の平均芯硬度を有することができる。いくつかの実施形態においては、ボードは、約11lb〜約25lbの芯硬度を有することができ、例えば約11lb〜約22lb、約11lb〜約21lb、約11lb〜約20lb、約11lb〜約19lb、約11lb〜約18lb、約11lb〜約17lb、約11lb〜約16lb、約11lb〜約15lb、約11lb〜約14lb、約11lb〜約13lb、約11lb〜約12lb、約12lb〜約25lb、約12lb〜約22lb、約12lb〜約21lb、約12lb〜約20lb、約12lb〜約19lb、約12lb〜約18lb、約12lb〜約17lb、約12lb〜約16lb、約12lb〜約15lb、約12lb〜約14lb、約12lb〜約13lb、約13lb〜約25lb、約13lb〜約22lb、約13lb〜約21lb、約13lb〜約20lb、約13lb〜約19lb、約13lb〜約18lb、約13lb〜約17lb、約13lb〜約16lb、約13lb〜約15lb、約13lb〜約14lb、約14lb〜約25lb、約14lb〜約22lb、約14lb〜約21lb、約14lb〜約20lb、約14lb〜約19lb、約14lb〜約18lb、約14lb〜約17lb、約14lb〜約16lb、約14lb〜約15lb、約15lb〜約25lb、約15lb〜約22lb、約15lb〜約21lb、約15lb〜約20lb、約15lb〜約19lb、約15lb〜約18lb、約15lb〜約17lb、約15lb〜約16lb、約16lb〜約25lb、約16lb〜約22lb、約16lb〜約21lb、約16lb〜約20lb、約16lb〜約19lb、約16lb〜約18lb、約16lb〜約17lb、約17lb〜約25lb、約17lb〜約22lb、約17lb〜約21lb、約17lb〜約20lb、約17lb〜約19lb、約17lb〜約18lb、約18lb〜約25lb、約18lb〜約22lb、約18lb〜約21lb、約18lb〜約20lb、約18lb〜約19lb、約19lb〜約25lb、約19lb〜約22lb、約19lb〜約21lb、約19lb〜約20lb、約21lb〜約25lb、約21lb〜約22lb、又は約22lb〜約25lbの芯硬度を有することができる。   Further, in some embodiments, the board can have an average core hardness of greater than or equal to about 11 lb when measured in accordance with ASTM C473-10, such as greater than or equal to about 12 lb, greater than or equal to about 13 lb, greater than or equal to about 14 lb, about 15 lb. The average core hardness may be about 16 lb or more, about 17 lb or more, about 18 lb or more, about 19 lb or more, about 20 lb or more, about 21 lb or more, or about 22 lb or more. In some embodiments, the board can have a core hardness of about 11 lb to about 25 lb, such as about 11 lb to about 22 lb, about 11 lb to about 21 lb, about 11 lb to about 20 lb, about 11 lb to about 19 lb, About 11 lb to about 18 lb, about 11 lb to about 17 lb, about 11 lb to about 16 lb, about 11 lb to about 15 lb, about 11 lb to about 14 lb, about 11 lb to about 13 lb, about 11 lb to about 12 lb, about 12 lb to about 25 lb, about 12 lb To about 22 lb, about 12 lb to about 21 lb, about 12 lb to about 20 lb, about 12 lb to about 19 lb, about 12 lb to about 18 lb, about 12 lb to about 17 lb, about 12 lb to about 16 lb, about 12 lb to about 15 lb, about 12 lb to about 14 lb, about 12 lb to about 13 lb, about 13 lb to about 25 lb, about 13 lb to about 22 b, about 13 lb to about 21 lb, about 13 lb to about 20 lb, about 13 lb to about 19 lb, about 13 lb to about 18 lb, about 13 lb to about 17 lb, about 13 lb to about 16 lb, about 13 lb to about 15 lb, about 13 lb to about 14 lb, About 14 lb to about 25 lb, about 14 lb to about 22 lb, about 14 lb to about 21 lb, about 14 lb to about 20 lb, about 14 lb to about 19 lb, about 14 lb to about 18 lb, about 14 lb to about 17 lb, about 14 lb to about 16 lb, about 14 lb About 15 lb, about 15 lb to about 25 lb, about 15 lb to about 22 lb, about 15 lb to about 21 lb, about 15 lb to about 20 lb, about 15 lb to about 19 lb, about 15 lb to about 18 lb, about 15 lb to about 17 lb, about 15 lb to about 16 lb, about 16 lb to about 25 lb, about 16 lb to about 22 lb, about 16 lb to 21 lb, about 16 lb to about 20 lb, about 16 lb to about 19 lb, about 16 lb to about 18 lb, about 16 lb to about 17 lb, about 17 lb to about 25 lb, about 17 lb to about 22 lb, about 17 lb to about 21 lb, about 17 lb to about 20 lb, About 17 lb to about 19 lb, about 17 lb to about 18 lb, about 18 lb to about 25 lb, about 18 lb to about 22 lb, about 18 lb to about 21 lb, about 18 lb to about 20 lb, about 18 lb to about 19 lb, about 19 lb to about 25 lb, about 19 lb The core can have a core hardness of about 22 lb, about 19 lb to about 21 lb, about 19 lb to about 20 lb, about 21 lb to about 25 lb, about 21 lb to about 22 lb, or about 22 lb to about 25 lb.

本発明のいくつかの実施形態において得られる中程度の粘度特性に少なくとも部分的に起因し、これらの基準(例えば釘抜き抵抗性、曲げ強度及び芯強度)は、本明細書において記載される超低密度ボード(例えば約31pcf以下)についても適合することができる。   Due at least in part to the moderate viscosity characteristics obtained in some embodiments of the present invention, these criteria (eg, nail pull resistance, flexural strength and core strength) are very low as described herein. Density boards (eg about 31 pcf or less) can also be adapted.

本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプンは、異なる方法に従って調製される従来のアルファ化デンプンの温度上昇硬化(TRS)水和速度に匹敵するか、又はそれを超える温度上昇硬化(TRS)水和速度を示すことが発明者らによって見出されている。望ましい硬化時間は配合物に応じて変化してもよく、望ましい硬化時間は、プラント条件及び利用可能な原材料に応じて当業者によって決定され得る。   Pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention has a temperature rising cure comparable to or exceeding the temperature rising cure (TRS) hydration rate of conventional pregelatinized starch prepared according to different methods. It has been found by the inventors that it exhibits a (TRS) hydration rate. The desired cure time may vary depending on the formulation, and the desired cure time can be determined by one skilled in the art depending on plant conditions and available raw materials.

本発明の実施形態の製品は、典型的な製造ラインで作製することができる。例えばボード製造技術は、例えば米国特許第7,364,676号、及び米国特許出願公開第2010/0247937号において記載されている。簡潔に述べると、石膏ボードの場合、プロセスは通常、移動するコンベア上にカバーシートを排出することを含む。石膏ボードは通常「表を下」にして形成されるので、このような実施形態においては、このカバーシートは「表」のカバーシートである。   Products of embodiments of the present invention can be made on a typical production line. For example, board manufacturing techniques are described, for example, in US Pat. No. 7,364,676 and US Patent Application Publication No. 2010/0247937. Briefly, in the case of gypsum board, the process usually involves discharging the cover sheet onto a moving conveyor. Since the gypsum board is usually formed “front down”, in such an embodiment, the cover sheet is a “front” cover sheet.

石膏スラリーの乾燥成分及び/又は湿性成分をミキサー(例えばピンミキサー)に供給し、撹拌して石膏スラリーを形成させる。ミキサーは、本体と、排出導管(例えば当業者に公知のゲート−キャニスター−ブーツ配置、又は米国特許第6,494,609号及び同第6,874,930号において記載される配置)とを備える。いくつかの実施形態においては、排出導管は、1つの供給口又は複数の供給口のいずれかを備えたスラリー分配器を含むことができ、例えば米国特許出願公開第2012/0168527(A1)号(出願番号第13/341,016号)及び同2012/0170403(A1)号(出願番号第13/341,209号)において記載されるスラリー分配器等を含むことができる。複数の供給口を備えたスラリー分配器を使用するそれらの実施形態においては、排出導管は、好適なフロースプリッターを含むことができ、例えば米国特許出願公開第2012/0170403(A1)号に記載されるフロースプリッター等を含むことができる。発泡剤は、所望であれば、ミキサーの排出導管(例えば米国特許第5,683,635号及び同第6,494,609号において記載されるゲートに)か、又は本体に加えることができる。全成分が加えられた後に排出導管から排出される、発泡剤を含むスラリーは、主要な石膏スラリーであり、石膏芯を形成する。このボード芯スラリーは、移動している表カバーシート上に排出される。   The dry component and / or wet component of the gypsum slurry is supplied to a mixer (eg, a pin mixer) and stirred to form a gypsum slurry. The mixer includes a body and a discharge conduit (eg, a gate-canister-boot arrangement known to those skilled in the art, or the arrangement described in US Pat. Nos. 6,494,609 and 6,874,930). . In some embodiments, the discharge conduit can include a slurry distributor with either one supply port or a plurality of supply ports, eg, US 2012/0168527 (A1) ( The slurry distributor etc. which are described in application number 13 / 341,016) and 2012/0170403 (A1) (application number 13 / 341,209) can be included. In those embodiments that use slurry distributors with multiple feed ports, the discharge conduit can include a suitable flow splitter, as described, for example, in US 2012/0170403 (A1). A flow splitter or the like. The blowing agent can be added to the mixer discharge conduit (eg, at the gate described in US Pat. Nos. 5,683,635 and 6,494,609) or to the body, if desired. The slurry containing the blowing agent that is discharged from the discharge conduit after all the ingredients have been added is the main gypsum slurry and forms the gypsum core. This board core slurry is discharged onto the moving front cover sheet.

表カバーシートは、比較的密なスラリー層の形態で、薄いスキムコートを有していてもよい。また、当業者に公知のように、表スキムコートを形成しているのと同じスラリー流から硬質縁部を形成させることができる。泡を排出導管に入れる実施形態においては、第2石膏スラリー流をミキサー本体から除いて、密なスキムコートスラリーを形成させることができ、次にそれを使用して、当業者に公知のように表スキムコート及び硬質縁部を形成させることができる。表スキムコート及び硬質縁部が含まれる場合は、通常、表スキムコート及び硬質縁部は、通常はミキサーの上流で、移動している表カバーシート上に、芯スラリーを置く前に置く。排出導管から排出された後、芯スラリーを必要に応じて表カバーシート(任意にスキムコートを有する)上に広げ、第2カバーシート(通常は「裏」カバーシート)で覆って、サンドイッチ構造の形態の湿性組立体を形成させる。これは、最終製品のボード前駆体である。第2カバーシートは、第2スキムコートを任意に有してもよく、第2スキムコートは、表スキムコートが存在する場合は表スキムコートと同じであるか又は異なる第2の(密な)石膏スラリーから形成させることができる。カバーシートは、紙、繊維マット、又は他の種類の材料(例えば箔、プラスチック、ガラスマット、セルロースフィラーと無機フィラーのブレンド等の不織材料等)から形成されていてもよい。   The front cover sheet may have a thin skim coat in the form of a relatively dense slurry layer. Also, as known to those skilled in the art, the hard edge can be formed from the same slurry stream that forms the front skim coat. In embodiments where the foam enters the discharge conduit, the second gypsum slurry stream can be removed from the mixer body to form a dense skim coat slurry, which can then be used as known to those skilled in the art. A surface skim coat and a hard edge can be formed. If a front skim coat and hard edge are included, the front skim coat and hard edge are usually placed before moving the core slurry onto the moving front cover sheet, usually upstream of the mixer. After being discharged from the discharge conduit, the core slurry is spread on a front cover sheet (optionally with a skim coat) as needed and covered with a second cover sheet (usually a “back” cover sheet) to form a sandwich structure Forming a wet assembly. This is the board precursor of the final product. The second cover sheet may optionally have a second skim coat, the second skim coat being formed from a second (dense) gypsum slurry that is the same as or different from the front skim coat, if present. Can be made. The cover sheet may be formed from paper, fiber mat, or other types of materials (eg, foil, plastic, glass mat, non-woven material such as a blend of cellulose filler and inorganic filler, etc.).

これによって提供される湿性組立体を成形場所に運び、ここで製品を所望の厚さの大きさにし(例えば成形プレートによって)、そして1つ以上のナイフ切断区域へ運び、ここで製品を所望の長さに切断する。湿性組立体を硬化させて、硬化石膏の連結結晶マトリックスを形成させ、乾燥プロセスを使用して(例えば組立体を、炉を通して移動させることによって)過剰水を取り除く。驚くべき且つ予想外なことに、本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプンを用いて本発明に従って調製されるボードでは、デンプンの少ない水必要量の特性により、乾燥プロセスにおいて必要とする時間が有意に少ないことが見出されている。エネルギーコストが減るため、これは有利である。   The wet assembly provided thereby is transported to the molding site where the product is sized to the desired thickness (eg, by a molding plate) and transported to one or more knife cutting areas where the product is Cut to length. The wet assembly is cured to form a connected crystal matrix of hardened gypsum, and excess water is removed using a drying process (eg, by moving the assembly through a furnace). Surprisingly and unexpectedly, boards prepared according to the present invention using pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention are required in the drying process due to the low water requirement characteristics of starch. It has been found that the time to be significantly less. This is advantageous because energy costs are reduced.

置かれたスラリーから大きな間隙又は空気溜りを取り除くため、石膏ボードの製造において振動を用いることも一般的である。上記の各工程、ならびにこのような工程を行うプロセス及び装置は、当業者に公知である。   It is also common to use vibration in the production of gypsum board to remove large gaps or air pockets from the placed slurry. Each of the above steps, as well as processes and apparatus for performing such steps, are known to those skilled in the art.

本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプンは、例えば石膏ウォールボード、音響(例えば天井の)タイル、ジョイント化合物、石膏−木部繊維ウォールボード等の石膏−セルロース繊維製品、及び同様なもの等の様々な製品を配合することにおいて使用することができる。いくつかの実施形態においては、このような製品を、本発明の実施形態のスラリーから形成させることができる。   The pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention is, for example, gypsum wallboard, acoustic (eg ceiling) tiles, joint compounds, gypsum-cellulose fiber products such as gypsum-xylem fiber wallboard, and the like It can be used in formulating various products such as In some embodiments, such products can be formed from the slurry of embodiments of the present invention.

よって、本発明の実施形態に従って押出機で調製されるアルファ化部分加水分解デンプンは、本明細書において記載されるように、本発明の実施形態での紙表面石膏ボード以外の製品においても有利な効果を有することができる。例えば、本発明の実施形態に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプンは、ボードカバーシートが繊維マットの形態であるマット表面製品(例えば織物)において使用することができる。マットは、上塗りを任意に有して透水性を減少させることができる。このようなマット表面製品の作製において含まれ得る他の成分、ならびに繊維マット用材料及び製造方法は、例えば米国特許第8,070,895号、及び米国特許出願公開第2009/0247937号において論じられている。   Thus, pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared in an extruder according to embodiments of the present invention is advantageous in products other than paper surface gypsum board in embodiments of the present invention, as described herein. Can have an effect. For example, pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention can be used in mat surface products (eg, textiles) where the board cover sheet is in the form of a fiber mat. The mat can optionally have a topcoat to reduce water permeability. Other ingredients that can be included in the preparation of such matte surface products, as well as fiber mat materials and manufacturing methods are discussed, for example, in US Pat. No. 8,070,895, and US Patent Application Publication No. 2009/0247937. ing.

さらに、石膏−セルロース製品は、セルロースホスト粒子(例えば木部繊維)、石膏、本発明の実施形態の従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプン、及び所望であれば他の成分(例えばシロキサン等の耐水性添加剤)の形態であることができる。他の成分及び製造方法は、例えば米国特許第4,328,178号、同第4,239,716号、同第4,392,896号、同第4,645,548号、同第5,320,677号、同第5,817,262号、及び同第7,413,603号において論じられている。   In addition, gypsum-cellulose products include cellulose host particles (eg, wood fibers), gypsum, pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention, and other ingredients (eg, siloxanes, etc.) if desired. Water-resistant additives). Other components and production methods are described in, for example, U.S. Pat. Nos. 4,328,178, 4,239,716, 4,392,896, 4,645,548, 5, 320, 677, 5,817,262, and 7,413,603.

実施形態の実例
一実施形態においては、アルファ化部分加水分解デンプンの作製方法は、(a)少なくとも水と、非アルファ化デンプンと、カルシウムイオンを実質的にキレート化しない弱酸とを混合して、約8重量%〜約25重量%の含水率を有する湿性デンプン前駆体を作製すること;(b)この湿性デンプン前駆体を押出機に供給すること;ならびに(c)この湿性デンプン前駆体を、約150℃(約300°F)〜約210℃(約410°F)のダイ温度で、上記の押出機でアルファ化すること及び酸変性することを含む。
Illustrative Embodiments In one embodiment, a method of making pregelatinized partially hydrolyzed starch comprises: (a) mixing at least water, non-pregelatinized starch, and a weak acid that does not substantially chelate calcium ions; Making a wet starch precursor having a moisture content of about 8 wt% to about 25 wt%; (b) feeding the wet starch precursor to an extruder; and (c) the wet starch precursor. Alphating and acid modification in the above extruder at a die temperature of about 150 ° C. (about 300 ° F.) to about 210 ° C. (about 410 ° F.).

別の実施形態においては、押出機内部の圧力は約2,000psi以上である。   In another embodiment, the pressure inside the extruder is about 2,000 psi or greater.

別の実施形態においては、アルファ化部分加水分解デンプンは、約50%より大きい冷水溶解度を有する。   In another embodiment, the pregelatinized partially hydrolyzed starch has a cold water solubility greater than about 50%.

別の実施形態においては、アルファ化部分加水分解デンプンは、約10ブラベンダーユニット(BU)〜約120BUの冷水粘度(10%の固体、25℃)を有する。   In another embodiment, the pregelatinized partially hydrolyzed starch has a cold water viscosity (10% solids, 25 ° C.) of about 10 Brabender Units (BU) to about 120 BU.

別の実施形態においては、アルファ化部分加水分解デンプンは、デンプンをVMA法の条件に付しながら粘度を測定する場合、約20センチポアズ〜約700センチポアズの粘度特性を有する。   In another embodiment, the pregelatinized partially hydrolyzed starch has a viscosity characteristic of about 20 centipoise to about 700 centipoise when the viscosity is measured while subjecting the starch to the conditions of the VMA method.

別の実施形態においては、アルファ化部分加水分解デンプンは、約5BU〜約33BUの粘度(10%の固体、93℃)を有する。   In another embodiment, the pregelatinized partially hydrolyzed starch has a viscosity (10% solids, 93 ° C.) of about 5 BU to about 33 BU.

別の実施形態においては、カルシウムイオンを実質的にキレート化しない弱酸は、アルムを含む。   In another embodiment, the weak acid that does not substantially chelate calcium ions comprises alum.

別の実施形態においては、混合中に酒石酸を含んで湿性デンプン前駆体を形成する。   In another embodiment, tartaric acid is included during mixing to form a wet starch precursor.

別の実施形態においては、カルシウムイオンを実質的にキレート化しない弱酸は、デンプンの重量の約0.5重量%〜約5重量%の量である。   In another embodiment, the weak acid that does not substantially chelate calcium ions is in an amount of about 0.5% to about 5% by weight of the starch.

別の実施形態においては、湿性デンプンは、デンプン前駆体の重量の約10重量%〜約20重量%の含水率を有する。   In another embodiment, the wet starch has a moisture content of about 10% to about 20% by weight of the weight of the starch precursor.

別の実施形態においては、アルファ化及び酸変性は、押出機において、約175℃(約350°F)以上〜約205℃(約400°F)のダイ温度で起こる。   In another embodiment, pregelatinization and acid modification occur in the extruder at a die temperature of about 175 ° C. (about 350 ° F.) or higher to about 205 ° C. (about 400 ° F.).

別の実施形態においては、押出機におけるアルファ化部分加水分解デンプンの生産量は、約100kg/時以上である。   In another embodiment, the production of pregelatinized partially hydrolyzed starch in the extruder is about 100 kg / hr or more.

別の実施形態においては、アルファ化及び酸変性は、約5分未満で起こる。   In another embodiment, pregelatinization and acid modification occur in less than about 5 minutes.

別の実施形態においては、アルファ化及び酸変性は、約1分未満で起こる。   In another embodiment, pregelatinization and acid modification occur in less than about 1 minute.

別の実施形態においては、方法には、アルファ化部分加水分解デンプンの精製工程がない。   In another embodiment, the method does not include a purification step for pregelatinized partially hydrolyzed starch.

別の実施形態においては、方法には、アルファ化部分加水分解デンプンの中和工程がない。   In another embodiment, the method does not include a neutralization step for pregelatinized partially hydrolyzed starch.

別の実施形態においては、アルファ化部分加水分解デンプンは、約70%以上糊化している。   In another embodiment, the pregelatinized partially hydrolyzed starch is about 70% or more gelatinized.

別の実施形態においては、アルファ化部分加水分解デンプンは、本発明の実施形態に従って調製される。   In another embodiment, pregelatinized partially hydrolyzed starch is prepared according to an embodiment of the present invention.

別の実施形態においては、アルファ化部分加水分解デンプンの作製方法は、(a)少なくとも水と、非アルファ化デンプンと、強酸とを混合して、約8重量%〜約25重量%の含水率を有する湿性デンプン前駆体を作製することであって、上記の強酸は、上記のデンプンの重量の約0.05重量%以下の量である作製すること;(b)上記の湿性デンプンを押出機に供給すること;ならびに(c)上記の湿性デンプンを、約150℃(約300°F)〜約210℃(約410°F)のダイ温度で、上記の押出機でアルファ化すること及び酸変性することを含む。   In another embodiment, the method of making pregelatinized partially hydrolyzed starch comprises: (a) mixing at least water, non-pregelatinized starch, and strong acid to a moisture content of about 8 wt% to about 25 wt%. Producing a wet starch precursor having the strong acid in an amount of about 0.05% by weight or less of the weight of the starch; (b) an extruder for the wet starch And (c) pregelatinizing and acidifying the wet starch at a die temperature of about 150 ° C. (about 300 ° F.) to about 210 ° C. (about 410 ° F.). Including denaturation.

別の実施形態においては、アルファ化部分加水分解デンプンの作製方法は、(a)少なくとも水と、非アルファ化デンプンと、強酸とを混合して、約8重量%〜約25重量%の含水率を有する湿性デンプン前駆体を作製することであって、上記の強酸は、上記のデンプンの重量の約0.01重量%以下の量である作製すること;(b)上記の湿性デンプンを押出機に供給すること;ならびに(c)上記の湿性デンプンを、約150℃(約300°F)〜約210℃(約410°F)のダイ温度で、上記の押出機でアルファ化すること及び酸変性することを含む。   In another embodiment, the method of making pregelatinized partially hydrolyzed starch comprises: (a) mixing at least water, non-pregelatinized starch, and strong acid to a moisture content of about 8 wt% to about 25 wt%. Making a wet starch precursor having the strong acid in an amount of about 0.01 wt% or less of the weight of the starch; (b) an extruder for the wet starch And (c) pregelatinizing and acidifying the wet starch at a die temperature of about 150 ° C. (about 300 ° F.) to about 210 ° C. (about 410 ° F.). Including denaturation.

別の実施形態においては、強酸は、約−1.7以下のpKaを有する。   In another embodiment, the strong acid has a pKa of about −1.7 or less.

別の実施形態においては、強酸は、硫酸、硝酸、塩酸、又はそれらの任意の組合せである。   In another embodiment, the strong acid is sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, or any combination thereof.

別の実施形態においては、ボードの作製方法は、(a)(i)少なくとも水と、非アルファ化デンプンと、酸とを混合して、約8重量%〜約25重量%の含水率を有する湿性デンプン前駆体を形成させることであって、上記の酸は、(1)カルシウムイオンを実質的にキレート化しない弱酸、(2)上記のデンプンの重量の約0.05重量%以下の量である強酸、又は(3)それらの任意の組合せから成る群より選択される形成させること;(ii)上記の湿性デンプン前駆体を押出機に供給すること;ならびに(iii)上記の湿性デンプンを、約150℃(約300°F)〜約210℃(約410°F)の温度のダイを有する上記の押出機でアルファ化すること及び酸変性することによってアルファ化部分加水分解デンプンを形成させること;(b)このアルファ化部分加水分解デンプンを、少なくとも水及びスタッコと混合してスラリーを形成させること;(c)このスラリーを、第1カバーシートと第2カバーシートの間に配置して、湿性組立体を形成させること;(d)この湿性組立体をボードに切断すること;ならびに(e)このボードを乾燥することを含む。   In another embodiment, the method of making a board has a moisture content of about 8% to about 25% by weight of (a) (i) mixing at least water, non-pregelatinized starch, and acid. Forming a wet starch precursor, the acid comprising: (1) a weak acid that does not substantially chelate calcium ions; and (2) in an amount up to about 0.05% by weight of the weight of the starch. Forming a strong acid, or (3) selected from the group consisting of any combination thereof; (ii) feeding the wet starch precursor to the extruder; and (iii) the wet starch The pregelatinized partially hydrolyzed starch can be formed by alphalation and acid modification in the extruder described above having a die at a temperature of about 150 ° C (about 300 ° F) to about 210 ° C (about 410 ° F). And (b) mixing the pregelatinized partially hydrolyzed starch with at least water and stucco to form a slurry; (c) placing the slurry between the first cover sheet and the second cover sheet. Forming a wet assembly; (d) cutting the wet assembly into a board; and (e) drying the board.

別の実施形態においては、強酸は、デンプンの重量の約0.01重量%以下の量である。   In another embodiment, the strong acid is in an amount up to about 0.01% by weight of the starch.

別の実施形態においては、ボードの作製方法は、(a)(i)少なくとも水と、非アルファ化デンプンと、カルシウムイオンを実質的にキレート化しない酸とを混合して、約8重量%〜約25重量%の含水率を有する湿性デンプン前駆体を作製すること;(ii)上記の湿性デンプン前駆体を押出機に供給すること;ならびに(iii)上記の湿性デンプンを、約150℃(約300°F)〜約210℃(約410°F)の温度のダイを有する上記の押出機でアルファ化すること及び酸変性することによってアルファ化部分加水分解デンプンを形成させること;(b)このアルファ化部分加水分解デンプンを、少なくとも水及びスタッコと混合してスラリーを形成させること;(c)このスラリーを、第1カバーシートと第2カバーシートの間に配置して、湿性組立体を形成させること;(d)この湿性組立体をボードに切断すること;ならびに(e)このボードを乾燥することを含む。   In another embodiment, the method of making the board comprises: (a) (i) mixing at least water, non-pregelatinized starch, and an acid that does not substantially chelate calcium ions to about 8 wt% to Making a wet starch precursor having a moisture content of about 25% by weight; (ii) feeding the wet starch precursor to an extruder; and (iii) adding the wet starch to about 150 ° C. (about Forming a pregelatinized partially hydrolyzed starch by pregelatinizing and acid-modifying with an extruder as described above having a die at a temperature of from 300 ° F to about 210 ° C (about 410 ° F); (b) Mixing pregelatinized partially hydrolyzed starch with at least water and stucco to form a slurry; (c) adding the slurry between the first cover sheet and the second cover sheet; Placing the wet assembly into a board; (d) cutting the wet assembly into a board; and (e) drying the board.

別の実施形態においては、ボードの作製方法は、(a)(i)少なくとも水と、非アルファ化デンプンと、強酸とを混合して、約8重量%〜約25重量%の含水率を有する湿性デンプン前駆体を作製することであって、上記の強酸は、上記のデンプンの重量の約0.05重量%以下の量である作製すること;(ii)上記の湿性デンプン前駆体を押出機に供給すること;ならびに(iii)上記の湿性デンプンを、約150℃(約300°F)〜約210℃(約410°F)の温度のダイを有する上記の押出機でアルファ化すること及び酸変性すること;(b)アルファ化部分加水分解デンプンを、少なくとも水及びスタッコと混合してスラリーを形成させること;(c)このスラリーを、第1カバーシートと第2カバーシートの間に配置して、湿性組立体を形成させること;(d)この湿性組立体をボードに切断すること;ならびに(e)このボードを乾燥することを含む。   In another embodiment, the board making method has a moisture content of about 8% to about 25% by weight of (a) (i) mixing at least water, non-pregelatinized starch, and strong acid. Making a wet starch precursor, wherein the strong acid is in an amount of about 0.05% or less by weight of the starch; (ii) the wet starch precursor is an extruder And (iii) pregelatinizing the wet starch with the extruder having a die at a temperature of about 150 ° C. (about 300 ° F.) to about 210 ° C. (about 410 ° F.); Acid modifying; (b) mixing pregelatinized partially hydrolyzed starch with at least water and stucco to form a slurry; (c) placing the slurry between the first cover sheet and the second cover sheet. do it Forming a wet assembly; (d) cutting the wet assembly into a board; and (e) drying the board.

別の実施形態においては、強酸は、デンプンの重量の約0.01重量%以下の量である。   In another embodiment, the strong acid is in an amount up to about 0.01% by weight of the starch.

別の実施形態においては、硬化石膏芯は、異なる方法で調製されたデンプンを用いて作製された硬化石膏芯よりも大きい圧縮強度を有する。   In another embodiment, the hardened gypsum core has a greater compressive strength than a hardened gypsum core made with starch prepared by a different method.

別の実施形態においては、アルファ化部分加水分解デンプンは、スラリーに加えられる際に約70%以上糊化しており、乾燥工程でさらなる糊化が起こる。   In another embodiment, the pregelatinized partially hydrolyzed starch is about 70% or more gelatinized when added to the slurry, and further gelatinization occurs during the drying process.

別の実施形態においては、アルファ化部分加水分解デンプンは、スラリーに加えられる際に完全に糊化している。   In another embodiment, the pregelatinized partially hydrolyzed starch is fully gelatinized when added to the slurry.

別の実施形態においては、ボードは、密度29pcfで、約400psi(2,800kPa)以上の圧縮強度を有する。   In another embodiment, the board has a compressive strength of at least about 400 psi (2,800 kPa) at a density of 29 pcf.

別の実施形態においては、ボードは、ASTM C473−10に従って測定される場合、約11以上の芯硬度を有する。   In another embodiment, the board has a core hardness of about 11 or greater when measured according to ASTM C473-10.

別の実施形態においては、ボードは、約21pcf〜約35pcfの密度を有する。   In another embodiment, the board has a density of about 21 pcf to about 35 pcf.

別の実施形態においては、スラリーは、トリメタリン酸ナトリウムをさらに含む。   In another embodiment, the slurry further comprises sodium trimetaphosphate.

別の実施形態においては、アルファ化部分加水分解デンプンがない場合と同じレベルのスラリー流動性を維持するのに加える必要がある水の量は、異なる方法に従って調製されたアルファ化部分加水分解デンプンを使用した際に必要な水の量の増分よりも少ない。   In another embodiment, the amount of water that needs to be added to maintain the same level of slurry fluidity as without the pregelatinized partially hydrolyzed starch is the pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to a different method. Less than the incremental amount of water required when used.

別の実施形態においては、デンプンは、スタッコの重量に基づき約0.5重量%〜約10重量%の量である。   In another embodiment, the starch is in an amount of about 0.5% to about 10% by weight based on the weight of the stucco.

別の実施形態においては、ウォールボードは、本発明の実施形態に従って調製される。   In another embodiment, the wallboard is prepared according to an embodiment of the present invention.

前述は、実施形態の単なる例であることに留意が必要である。他の好ましい実施形態は、本明細書における記載全体から明らかである。これらの各実施形態は、本明細書において提供される他の実施形態との様々な組合せで使用してもよいことも当業者によって理解されるであろう。   It should be noted that the foregoing is merely an example of an embodiment. Other preferred embodiments will be apparent from the entire description herein. It will also be appreciated by those skilled in the art that each of these embodiments may be used in various combinations with the other embodiments provided herein.

以下の実施例は、本発明をさらに例示する物であるが、当然ながら、いかなる方法においてもその範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。   The following examples are further illustrative of the present invention, but, of course, should not be construed as limiting its scope in any way.

実施例1
この実施例は、本発明の実施形態に従ったアルファ化部分加水分解デンプンの調製を例示する。
Example 1
This example illustrates the preparation of pregelatinized partially hydrolyzed starch according to an embodiment of the present invention.

本発明の実施形態に従って調製した9種のアルファ化部分加水分解デンプンを、特定の特性(例えば粘度、流動性、強度)の様々な試験用に調製した。これらの9種の本発明のデンプンを、3種の市販デンプンと共に試験した。   Nine pregelatinized partially hydrolyzed starches prepared according to embodiments of the present invention were prepared for various tests of specific properties (eg, viscosity, flowability, strength). These nine starches of the present invention were tested with three commercially available starches.

アルファ化部分加水分解デンプンを調製する本発明の方法に従って、湿性デンプン前駆体は、Bunge North America(ミズーリ州セントルイス)からCCM 260黄色コーンミールとして市販されている100kgの量の胚芽除去コーンフラワーと、異なる量の硫酸アルミニウム(アルム)、カルシウムイオンを実質的にキレート化しない弱酸及び/又は酒石酸(全弱酸の20重量%未満)と、異なる量の水とを混合することによって調製した。湿性デンプン前駆体は、American Extrusion International(イリノイ州サウス・ベロイト)からAdvantage 50として市販されている単軸スクリュー押出機に供給した。押出機において、湿性デンプン前駆体は、アルファ化と酸変性が同時に起こるよう1工程でアルファ化し酸変性した。   In accordance with the method of the present invention for preparing pregelatinized partially hydrolyzed starch, a wet starch precursor is obtained from Bunge North America (St. Louis, Mo.) as a CCM 260 yellow corn meal in an amount of 100 kg of germ-free corn flour, Prepared by mixing different amounts of aluminum sulfate (alum), weak acid and / or tartaric acid (less than 20% by weight of total weak acid) that does not substantially chelate calcium ions, and different amounts of water. The wet starch precursor was fed into a single screw extruder, commercially available as Advantage 50 from American Extension International (South Beloit, Ill.). In the extruder, the wet starch precursor was alpha and acid modified in one step so that alpha and acid modification occur simultaneously.

以下の表4に、酸が存在するコーンフラワーの押出しパラメータを記載する。押出しの滞留時間(すなわち、アルファ化及び酸変性用の時間)は、30秒未満であった。全てのパーセントはデンプンの総重量に基づくが、水分は、水とデンプンと他の添加剤との合計として表される全湿性物重量に基づく。   Table 4 below lists the extrusion parameters for corn flour in the presence of acid. Extrusion residence time (ie time for pregelatinization and acid modification) was less than 30 seconds. All percentages are based on the total weight of the starch, while moisture is based on the total wet weight expressed as the sum of water, starch and other additives.

得られたアルファ化部分加水分解デンプンは、773センチポアズの粘度を有する従来のアルファ化トウモロコシデンプン(組成物1A(比較用)と呼ぶ)、ならびにClinton 277(ADM、イリノイ州シカゴ)及びCaliber 159(Cargill、ミネソタ州ウェイサタ)として市販されている酸変性トウモロコシデンプンの押出しによって調製した2種の低水必要量デンプン(それぞれ組成物1B(比較用)及び組成物1C(比較用)と呼ぶ)を対照として評価した。   The resulting pregelatinized partially hydrolyzed starch is a conventional pregelatinized corn starch having a viscosity of 773 centipoise (referred to as composition 1A (for comparison)), and Clinton 277 (ADM, Chicago, Ill.) And Caliber 159 (Cargill) As a control, two low water requirement starches (referred to as Composition 1B (comparative) and Composition 1C (comparative), respectively) prepared by extrusion of acid-modified corn starch commercially available as Weisata, Minnesota) evaluated.

組成物1D〜1Lと呼ぶアルファ化部分加水分解デンプンは、押出しプロセスで作製した。   Pregelatinized partially hydrolyzed starch, referred to as Compositions 1D-1L, was made by an extrusion process.

以下の表5は、組成物1D〜1Lの、押出しでの様々な含水率と、押出し中の酸含有率を詳述する。組成物1D〜1H及び1Lは、16重量%の含水率で調製し、組成物1I、1Kは、13重量%の含水率で調製した。組成物1D〜1G及び組成物1I〜1Lは、1重量%〜4重量%の量のアルム液を用いて調製し、組成物1Hはアルム液及び酒石酸を含んだ。組成物1F及び1Lは、同じ含水率と同じ量の酸とを使用して調製したが、実施例3においては異なる量の遅延剤を有する。   Table 5 below details the various moisture contents during extrusion and the acid contents during extrusion for compositions 1D-1L. Compositions 1D-1H and 1L were prepared with a moisture content of 16% by weight, and compositions 1I and 1K were prepared with a moisture content of 13% by weight. Compositions 1D to 1G and Compositions 1I to 1L were prepared using an alum solution in an amount of 1% to 4% by weight, and composition 1H contained an alum solution and tartaric acid. Compositions 1F and 1L were prepared using the same moisture content and the same amount of acid, but in Example 3 have different amounts of retarder.

以下の実施例2〜4は、表5において記載される組成物を、様々な特性について試験する。実施例2においては、組成物1B〜1Lを、アミログラフ試験で粘度について評価した。実施例3は、組成物1A、1D〜1I及び1K〜1Lのうちの1つを用いて調製したスラリーの流動性について試験し、スランプ試験によって評価した。次にスラリーの50%水和時間を測定することによって、このデータをさらに確証した。これは、スラリーの硬化にどのくらいの時間がかかるかを明らかにする。実施例4は、組成物1A、1D〜1I及び1Kを用いて調製したスラリーの強度について試験し、本明細書において記載される圧縮強度試験によって評価した。   Examples 2-4 below test the compositions described in Table 5 for various properties. In Example 2, Compositions 1B-1L were evaluated for viscosity in an amylograph test. Example 3 was tested for the fluidity of slurries prepared using one of Compositions 1A, 1D-1I and 1K-1L and evaluated by a slump test. This data was then further validated by measuring the 50% hydration time of the slurry. This reveals how long it takes for the slurry to cure. Example 4 was tested for the strength of slurries prepared using compositions 1A, 1D-1I and 1K and evaluated by the compressive strength test described herein.

実施例2
この実施例は、本発明の実施形態に従って押出機で調製されたアルファ化部分加水分解デンプンの粘度を例示する。組成物1D〜1Kを、押出しした市販の酸変性デンプン(組成物1B〜1C)と比較して、特に酸(例えばアルム)の量及び含水率に基づき粘度がどのように変化するかに関して試験した。含水率は、押出機を通して供給される湿性デンプンの水分レベルによって規定される。
Example 2
This example illustrates the viscosity of pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared in an extruder according to an embodiment of the present invention. Compositions 1D-1K were tested with respect to how the viscosity changes, especially based on the amount of acid (eg, alum) and moisture content, compared to the extruded commercial acid-modified starch (Compositions 1B-1C). . The moisture content is defined by the moisture level of the wet starch fed through the extruder.

試験用の調製においては、デンプンスラリーが組成物を10重量%の量で含有するよう、組成物を水と混合してデンプンスラリーにした。「溶液」という用語は、デンプンが完全に糊化し、完全に溶解した場合に使用され、「スラリー」という用語は、デンプンが完全に溶解していない場合に使用される。次に各組成物を、本明細書において記載されるアミログラフ技術によって、異なる温度での粘度について試験した。試験結果を図1及び図2にプロットした。図1及び図2は、粘度(左のy軸)及び温度(右のy軸)を時間(x軸)に対してプロットすることにより、アルファ化部分加水分解デンプンの異なる温度での粘度を評価するアミログラムである。温度曲線は、各試料に重ねて書かれている。同じ温度プロファイルを各試料に使用した。他の曲線は、デンプンの粘度を示している。   In the test preparation, the composition was mixed with water to form a starch slurry such that the starch slurry contained the composition in an amount of 10% by weight. The term “solution” is used when the starch is fully gelatinized and completely dissolved, and the term “slurry” is used when the starch is not completely dissolved. Each composition was then tested for viscosity at different temperatures by the amylographic technique described herein. The test results are plotted in FIG. 1 and FIG. Figures 1 and 2 evaluate the viscosity at different temperatures of pregelatinized partially hydrolyzed starch by plotting viscosity (left y-axis) and temperature (right y-axis) against time (x-axis). It is an amylogram. A temperature curve is written over each sample. The same temperature profile was used for each sample. The other curve shows the viscosity of the starch.

25℃における初期粘度は、組成物1B〜1Kのうちいずれか1つを含有するスラリー系の流動性の指標であった。25℃は、デンプンをスタッコ及び他の成分と混合してボードを作製する温度である。さらに、この温度において、デンプンの粘度はスタッコスラリーの流動性と負の相関を有する。   The initial viscosity at 25 ° C. was an indicator of the fluidity of the slurry system containing any one of the compositions 1B to 1K. 25 ° C. is the temperature at which starch is mixed with stucco and other ingredients to make a board. Furthermore, at this temperature, the viscosity of the starch has a negative correlation with the flowability of the stucco slurry.

トラフ(93℃)における粘度は、組成物1B〜1Kのうちいずれか1つの分子量の指標である。93℃の温度では、デンプン分子は完全に水に溶解する。93℃でのデンプン溶液の粘度は、部分加水分解により得られたデンプンの分子量と正の相関を有する。   The viscosity in the trough (93 ° C.) is an index of the molecular weight of any one of the compositions 1B to 1K. At a temperature of 93 ° C., the starch molecules are completely soluble in water. The viscosity of the starch solution at 93 ° C. has a positive correlation with the molecular weight of the starch obtained by partial hydrolysis.

図1は、粘度(左のy軸)及び温度(右のy軸)を50分間にわたり(x軸)プロットしているアミログラムである。比較用組成物1B及び1C、ならびに本明細書において記載される本発明の組成物1D、1Hを混合して、溶液の重量に基づき10重量%の量のデンプン溶液にした。塊の形成を防ぐため、デンプンは、低速で20秒間混合しながら、Waringブレンダーの混合カップ内の水に加えた。次に、Viscograph−E(C.W. Brabender(登録商標)Instruments, Inc.、ニュージャージー州サウス・ハッケンサック)を使用して、デンプン溶液を評価した。本明細書において記載されるブラベンダー粘度測定手順に従って、例えば動的測定にリアクショントルクを用いるViscograph−E等のC.W. Brabender Viscographを使用して、粘度を測定する。本明細書において規定されるように、ブラベンダー単位は、700cmgカートリッジを備える16液量オンス(約500cc)サイズの試料カップを使用して、75RPMで測定することに留意が必要である。本明細書において記載されるように、ブラベンダー単位は、センチポアズ(例えば、測定カートリッジが700cmgの場合は、cP=BU×2.1)又はクレブス単位等の他の粘度測定値に変換することができることも当業者は容易に認識するであろう。16重量%の含水率で押出しした組成物1D〜1Hのペースト化プロファイルを、比較用組成物1B及び1Cと共に図1に示す。   FIG. 1 is an amylogram plotting viscosity (left y-axis) and temperature (right y-axis) over 50 minutes (x-axis). Comparative compositions 1B and 1C and inventive compositions 1D, 1H described herein were mixed into a starch solution in an amount of 10% by weight based on the weight of the solution. To prevent lump formation, the starch was added to the water in the mixing cup of the Waring blender with low speed mixing for 20 seconds. The starch solution was then evaluated using Viscograph-E (CW Brabender® Instruments, Inc., South Hackensack, NJ). According to the Brabender Viscosity Measurement Procedure described herein, for example, C.I. Viscograph-E et al. W. Viscosity is measured using a Brabender Viscograph. Note that as defined herein, Brabender units are measured at 75 RPM using a 16 fluid ounce size sample cup with a 700 cmg cartridge. As described herein, Brabender units may be converted to centipoise (eg, cP = BU × 2.1 if the measurement cartridge is 700 cmg) or other viscosity measurements such as Krebs units. Those skilled in the art will also readily recognize that this is possible. The pasting profiles of compositions 1D-1H extruded at a moisture content of 16% by weight are shown in FIG. 1 along with comparative compositions 1B and 1C.

本発明の組成物1D〜1Hを考察すると、アルムが1重量%から4重量%へ増加するに従い、初期粘度は70ブラベンダー単位(BU)から10BUへ減少し、分子量も減少した。組成物1D〜1Hの初期粘度及び93℃の粘度は、組成物1B及び1Cの初期粘度及び93℃の粘度と同じ程度まで減少した。組成物1B及び1Cは、低水必要量デンプンの従来の粘度限度を表す。   Considering compositions 1D-1H of the present invention, as the alum increased from 1% to 4% by weight, the initial viscosity decreased from 70 Brabender units (BU) to 10 BU and the molecular weight also decreased. The initial viscosities of compositions 1D-1H and 93 ° C. decreased to the same extent as the initial viscosities of compositions 1B and 1C and 93 ° C. Compositions 1B and 1C represent the conventional viscosity limits of low water requirement starch.

図1に示す組成物1D〜1Hの結果は、押出しの間に、最適な酸変性を得ることができることを実証している。これらの結果は、アルファ化部分加水分解デンプンを調製する本発明の方法は、デンプンの粘度(分子量)をうまく減少させたことをさらに示唆する。70℃〜90℃で粘度ピークは観測されず、組成物1D〜1Hは完全に糊化したことが示された。組成物1D〜1Hが完全に糊化していなければ、粘度の上昇があったであろう。デンプン組成物の完全糊化は、示差走査熱量測定(DSC)によって確認した。   The results of compositions 1D-1H shown in FIG. 1 demonstrate that optimal acid modification can be obtained during extrusion. These results further suggest that the inventive method of preparing pregelatinized partially hydrolyzed starch successfully reduced the viscosity (molecular weight) of the starch. No viscosity peak was observed at 70 ° C. to 90 ° C., indicating that compositions 1D to 1H were completely gelatinized. If compositions 1D-1H were not fully gelatinized, there would have been an increase in viscosity. Complete gelatinization of the starch composition was confirmed by differential scanning calorimetry (DSC).

図2は、粘度(左のy軸)及び温度(右のy軸)を50分間にわたり(x軸)プロットしている2番目のアミログラムである。比較用組成物1B及び1C、ならびに本明細書において記載される本発明の組成物1I〜1Kを混合して、溶液の重量に基づき10重量%の量のデンプン溶液にした。塊の形成を防ぐため、デンプンは、低速で20秒間混合しながら、Waringブレンダーの混合カップ内の水に加えた。次に、Viscograph−Eを使用して、デンプン溶液を評価した。13重量%の含水率で押出しした組成物1I〜1Kのペースト化プロファイルを、比較用組成物1B及び1Cと共に図2に示す。   FIG. 2 is a second amylogram plotting viscosity (left y-axis) and temperature (right y-axis) over 50 minutes (x-axis). Comparative compositions 1B and 1C and inventive compositions 1I-1K described herein were mixed into a starch solution in an amount of 10% by weight based on the weight of the solution. To prevent lump formation, the starch was added to the water in the mixing cup of the Waring blender with low speed mixing for 20 seconds. The starch solution was then evaluated using Viscograph-E. The pasting profiles of compositions 1I-1K extruded at a moisture content of 13% by weight are shown in FIG. 2 along with comparative compositions 1B and 1C.

組成物1D〜1Hで観測されたものと同様な傾向が、組成物1I〜1Kで観測された。特に、本明細書において記載される、アルファ化部分加水分解デンプンを押出機で調製する方法は、組成物1I〜1Kの粘度をうまく減少させた。   A trend similar to that observed with compositions 1D-1H was observed with compositions 1I-1K. In particular, the method of preparing pregelatinized partially hydrolyzed starch described herein in an extruder successfully reduced the viscosity of compositions 1I-1K.

アルムが1重量%から3重量%へ増加すると、初期粘度は75BUから14BUへ減少し、分子量も減少した。組成物1I〜1Kの初期粘度及び93℃の粘度は、組成物1B及び1Cの初期粘度及び93℃の粘度と同じ程度まで減少した。   As the alum increased from 1% to 3% by weight, the initial viscosity decreased from 75BU to 14BU and the molecular weight also decreased. The initial viscosities of compositions 1I-1K and 93 ° C. decreased to the same extent as the initial viscosities of compositions 1B and 1C and 93 ° C.

さらに、図2に示す組成物1I〜1Kの結果は、押出しの間に、最適な酸変性を得ることができることを実証している。70℃〜90℃で粘度ピークは観測されず、組成物1I〜1Kは完全に糊化したことが示された。   Furthermore, the results of compositions 1I-1K shown in FIG. 2 demonstrate that optimum acid modification can be obtained during extrusion. No viscosity peak was observed between 70 ° C. and 90 ° C., indicating that compositions 1I-1K were fully gelatinized.

さらにこれらの結果は、所定の酸レベルにおいては、高い含水率で行われるよりも、より低い含水率においてより多くのデンプン加水分解がなされ得ることを示している。これは、低い含水率では機械エネルギーがより大きくなり、したがって同じ酸レベルを用いてもデンプンはより小さくなるようなデンプン分解が多くなるからである。   Furthermore, these results show that for a given acid level, more starch hydrolysis can be done at a lower moisture content than is done at a higher moisture content. This is because at low moisture content there is more mechanical energy and therefore more starch degradation such that starch is smaller with the same acid level.

実施例3
この実施例は、組成物1A(比較用)、1D〜1I、及び1K〜1Lを含有する石膏スラリーの流動性を例示する。組成物は、スランプ試験を使用して流動性について評価した。スランプ試験は当業者に理解されるであろう。
Example 3
This example illustrates the flowability of a gypsum slurry containing composition 1A (for comparison), 1D-1I, and 1K-1L. The composition was evaluated for fluidity using a slump test. The slump test will be understood by those skilled in the art.

試験用の調製においては、スラリーは、2重量%の量の組成物1A(比較用)、1D〜1I、及び1K〜1Lのそれぞれを用い、以下の表6に記したパラメータを使用し、水スタッコ比(WSR)100で調製した。   In the test preparation, the slurry was each of compositions 1A (for comparison), 1D-1I, and 1K-1L in amounts of 2% by weight, using the parameters listed in Table 6 below, It was prepared with a stucco ratio (WSR) of 100.

95%よりも高い純度と、耐熱性促進剤とを有するスタッコを含む乾燥混合物に、デンプンを量り入れた。水、トリメタリン酸ナトリウム(10重量%溶液)、分散剤、及び遅延剤を、Hobartミキサーの混合ボウルへ量り入れた。乾燥混合物を、Hobart(オハイオ州トロイ)からN50 5−Quartミキサーとして入手可能なミキサーの混合ボウル内へ入れ、10秒間浸して、スピードIIで30秒間混合した。泡調製用に、Hyonic(登録商標)PFM−33石鹸(ペンシルベニア州アンブラーのGEO(登録商標)Specialty Chemicalsから入手可能)の0.5%溶液を作製し、次いで空気と混合して気泡を作製した。泡発生器を使用して、気泡をスラリーに加えた。   Starch was weighed into a dry mixture containing stucco having a purity greater than 95% and a heat resistance promoter. Water, sodium trimetaphosphate (10 wt% solution), dispersant, and retarder were weighed into the mixing bowl of the Hobart mixer. The dried mixture was placed in a mixing bowl of a mixer available as an N50 5-Quart mixer from Hobart (Troy, Ohio), soaked for 10 seconds and mixed at Speed II for 30 seconds. For foam preparation, a 0.5% solution of Hyonic® PFM-33 soap (available from GEO® Specialty Chemicals, Ambler, Pa.) Was made and then mixed with air to create bubbles. . Bubbles were added to the slurry using a foam generator.

次に各スラリーを、直径4.92cm(1.95インチ)、高さ10cm(3.94インチ)のシリンダーに入れた。次いでシリンダーを引き上げ、スラリーを自由に流れさせた。次にスランプが形成した直径を測定してスラリーの流動性を例示した。それらを以下の表7に記す。表8は、以下でさらに詳細に説明する50%水和時間試験の結果も含む。   Each slurry was then placed in a cylinder having a diameter of 4.92 cm (1.95 inches) and a height of 10 cm (3.94 inches). The cylinder was then pulled up and the slurry was allowed to flow freely. Next, the diameter of the slump formed was measured to illustrate the fluidity of the slurry. They are listed in Table 7 below. Table 8 also includes the results of the 50% hydration time test described in more detail below.

表7より観察することができるように、組成物1D〜1I及び1Kを用いて調製したスラリーは、組成物1A(比較用)を用いて調製したスラリーよりも大きなスランプサイズを示した。組成物1D〜1I及び1Kを用いて調製したスラリーは組成物1A(比較用)よりも硬化も速く、組成物1D〜1I及び1Kを含有するスラリーは、組成物1Aを含有するスラリーよりも良好な流動性を有することを示した。   As can be observed from Table 7, the slurries prepared using Compositions 1D-1I and 1K showed a larger slump size than the slurries prepared using Composition 1A (for comparison). Slurries prepared using compositions 1D-1I and 1K cure faster than composition 1A (for comparison), and slurries containing compositions 1D-1I and 1K are better than slurries containing composition 1A. It showed that it has a good fluidity.

さらに、スラリーが同じ速度で硬化する場合のスランプサイズを比較するため、スラリーの50%水和時間を測定した。スラリーの温度プロファイルは、当業者が理解するようなソフトウェアを使用して測定した。   In addition, the 50% hydration time of the slurry was measured to compare the slump size when the slurry was cured at the same rate. The temperature profile of the slurry was measured using software as understood by those skilled in the art.

このさらなる試験を行って、スランプ試験が正しいことを確認し、特に本発明の実施形態に従って調製されたアルファ化部分加水分解デンプンを含むスラリーで観測された大きなスランプは、水和が遅いことにより生じたのではなく、組成物1A(比較用)と比較して流動性が改良された結果生じたものであることを例示した。   This further test was performed to confirm that the slump test was correct, especially the large slumps observed with slurries containing pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention were caused by slow hydration. Instead, it was exemplified as a result of improved flowability compared to Composition 1A (for comparison).

2重量%のアルムと、0.3重量%の酒石酸とを用いて調製された組成物1Hは、低粘度になるまで効果的にデンプンを加水分解し、水和速度に与える影響は少なかった。これは、酒石酸とアルムは水和速度に対する反対の影響を有するからである。   Composition 1H prepared with 2 wt% alum and 0.3 wt% tartaric acid effectively hydrolyzed starch until low viscosity and had little effect on hydration rate. This is because tartaric acid and alum have opposite effects on the rate of hydration.

図3は、時間に対し温度をプロットしているグラフであり、温度上昇硬化(TRS)水和速度を示す。0.05%と0.0625%の遅延剤を有する組成物1Fはそれぞれ、組成物1A(比較用)よりも速く水和するか、又は同じ速度で水和する。   FIG. 3 is a graph plotting temperature against time and shows the temperature rising cure (TRS) hydration rate. Composition 1F with 0.05% and 0.0625% retarder each hydrates faster than composition 1A (comparative) or hydrates at the same rate.

図3において見られるように、0.0625重量%の遅延剤を有する組成物1Lは、組成物1A(比較用)と同じ水和速度を有した。0.065重量%の遅延剤を有する組成物1Lのスランプサイズは18.415cm(7 1/4インチ)であり、組成物1Aよりも有意に大きかった。   As can be seen in FIG. 3, composition 1L with 0.0625 wt% retarder had the same hydration rate as composition 1A (for comparison). The slump size of composition 1L with 0.065 wt% retarder was 18.415 cm (71/4 inch), significantly larger than composition 1A.

この結果は、本発明の実施形態に従って調製されたアルファ化部分加水分解デンプンを含むスラリーで観測された大きなスランプサイズは、硬化が遅いことに起因したのではなく、高い流動性に起因したことを示唆する。さらに、本発明の実施形態に従って調製されたアルファ化部分加水分解デンプンは、流動性を犠牲にすることなく、より少ない水を使用したウォールボードを可能にするであろう。   This result indicates that the large slump size observed in slurries containing pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention was not due to slow cure but to high flowability. Suggest. Furthermore, pregelatinized partially hydrolyzed starch prepared according to embodiments of the present invention will allow wallboards using less water without sacrificing flowability.

実施例4
この実施例は、組成物1A(比較用)、1D〜1I、及び1Kを含有するスラリーを用いて調製した石膏円盤の強度を例示する。強度は、本明細書において記載される圧縮強度試験を使用して評価した。
Example 4
This example illustrates the strength of a gypsum disc prepared using a slurry containing composition 1A (for comparison), 1D-1I, and 1K. Strength was evaluated using the compressive strength test described herein.

試験用に調製するため、スラリーは、2重量%の量の組成物1A(比較用)、1D〜1I、及び1K〜1Lのそれぞれを用い、上記の表4に記したパラメータを使用して調製した。   To prepare for testing, the slurry was prepared using the parameters listed in Table 4 above, using 2% by weight of each of compositions 1A (for comparison), 1D-1I, and 1K-1L. did.

100の水スタッコ比(WSR)、及び気泡を使用して、最終密度29pcfを有する石膏円盤を作製した。スタッコ及び耐熱性促進剤を含む乾燥混合物に、デンプンを量り入れた。水、トリメタリン酸ナトリウム10%溶液、分散剤、及び遅延剤を、Hobartミキサーの混合ボウルへ量り入れた。乾燥混合物を、Hobart(オハイオ州トロイ)からN50 5−Quartミキサーとして入手可能なミキサーの混合ボウル内へ入れ、10秒間浸して、スピードIIで30秒間混合した。泡調製用に、Hyonic(登録商標)PFM−33石鹸(ペンシルベニア州アンブラーのGEO(登録商標)Specialty Chemicalsから入手可能)の0.5%溶液を作製し、次いで空気と混合して気泡を作製した。泡発生器を使用して、気泡をスラリーに加えた。泡発生器は、29pcfの所望のボード密度を得るのに充分な速度で運転した。泡を加えた後、スラリーを、型の上部をわずかに超える点まで直ちに注いだ。プラスターが硬化したらすぐに過剰分をこすり取った。型には、離型剤(WD−40(商標))を噴霧しておいた。円盤は、直径10.16cm(4インチ)、厚さ1.27cm(0.5インチ)であった。   A gypsum disc with a final density of 29 pcf was made using a water stucco ratio (WSR) of 100 and bubbles. Starch was weighed into a dry mixture containing stucco and a heat resistance promoter. Water, 10% sodium trimetaphosphate solution, dispersant, and retarder were weighed into the mixing bowl of the Hobart mixer. The dried mixture was placed in a mixing bowl of a mixer available as an N50 5-Quart mixer from Hobart (Troy, Ohio), soaked for 10 seconds and mixed at Speed II for 30 seconds. For foam preparation, a 0.5% solution of Hyonic® PFM-33 soap (available from GEO® Specialty Chemicals, Ambler, Pa.) Was made and then mixed with air to create bubbles. . Bubbles were added to the slurry using a foam generator. The foam generator was run at a speed sufficient to obtain the desired board density of 29 pcf. After the foam was added, the slurry was poured immediately to a point slightly above the top of the mold. As soon as the plaster was cured, the excess was scraped off. The mold was sprayed with a release agent (WD-40 (trademark)). The disk was 10.16 cm (4 inches) in diameter and 1.27 cm (0.5 inches) thick.

円盤が固まった後、円盤を型から取り出し、次いで110°F(43℃)で48時間乾燥した。オーブンから取り出した後、円盤を室温で1時間放冷した。圧縮強度は、MTS Systems Corporation(ミネソタ州エデン・プレイリー)からSATECTM E/M Systemsとして市販されている材料試験システムを使用して測定した。負荷は、0.04インチ/分のスピードで(15〜40psi/秒の一定速度を用いて)、衝撃を与えずに連続的に加えた。結果を以下の表8に示す。 After the disk set, the disk was removed from the mold and then dried at 110 ° F. (43 ° C.) for 48 hours. After removal from the oven, the disc was allowed to cool at room temperature for 1 hour. Compressive strength was measured using a material testing system commercially available as SATEC E / M Systems from MTS Systems Corporation (Eden Prairie, MN). The load was applied continuously at a speed of 0.04 in / min (using a constant speed of 15-40 psi / sec) without impact. The results are shown in Table 8 below.

表8において見られるように、組成物1D〜1I及び1Kを含有する泡円盤は、組成物1A(比較用)を含有する泡円盤に匹敵する圧縮強度を有し、アルファ化部分加水分解デンプンは、強度を犠牲にせずに特性を向上させ、水必要量を減らすことができたことを示した。円盤試料の望ましい圧縮強度は約400psiである。ボードが崩壊することなく適切に取り扱うことができるよう、強度は必要である。   As can be seen in Table 8, the foam disk containing compositions 1D-1I and 1K has a compressive strength comparable to the foam disk containing composition 1A (for comparison), and pregelatinized partially hydrolyzed starch is It showed that the properties could be improved and the water requirement could be reduced without sacrificing strength. The desired compressive strength of the disk sample is about 400 psi. Strength is necessary so that the board can be handled properly without collapsing.

本発明を記載する文脈において(特に、以下の特許請求の範囲の文脈において)(例えば酸、原料のデンプン、又は他の成分もしくは項目に関して)、「1つの(a)」及び「1つの(an)」及び「その(the)」及び「1つ以上の(at least one)」という用語並びに同様の指示物の使用は、本明細書において別段の定めがないかぎり、又は文脈で明らかに矛盾しないかぎり、単数と複数の両方を網羅すると解釈される必要がある。「1つ以上(at least one)」という用語と、それに続く1つ以上の項目の列挙(例えば、「AとBとのうちの1つ以上」)の使用は、本明細書において別段の定めがないかぎり、又は文脈で明らかに矛盾しないかぎり、列挙した項目から選択された1つの項目(AもしくはB)、又は列挙した項目のうちの2つ以上の任意の組合せ(A及びB)を意味すると解釈される必要がある。「含む(comprising)」、「有する(having)」、「含む(including)」及び「含有する(containing)」という用語は、別段の注釈がないかぎり、非限定的な用語(すなわち、「含むが、それに限定されない」ことを意味する)として解釈される必要がある。本明細書における値の範囲の記載は、本明細書において別段の定めがないかぎり、その範囲内にある別個の各値を個々に参照する省略方法として扱われることを単に意図するものであり、別個の各値は、本明細書において個々に記載されているものとして本明細書に取り込まれる。本明細書において記載される全方法は、本明細書において別段の定めがないかぎり、又は文脈で明らかに矛盾しないかぎり、好適な任意の順番で実施することができる。本明細書において提供される任意の例及び全ての例、又は例示的な言葉(例えば、「等(such as)」)の使用は、本発明をより良く例示することを単に意図するものであり、別段の請求がないかぎり、本発明の範囲に制限を課すものではない。本明細書における言葉は、任意の非請求要素を本発明の実施に不可欠な物として示すものと解釈されるべきではない。   In the context of describing the present invention (especially in the context of the following claims) (eg in terms of acids, raw starch, or other ingredients or items), “one (a)” and “one (an) ) "And" the "and" at least one "and the use of similar indicators are not clearly inconsistent unless otherwise specified herein or in context. As far as it should be construed as covering both singular and plural. The use of the term “at least one” followed by an enumeration of one or more items (eg, “one or more of A and B”) is specifically defined herein. Means one item (A or B) selected from the listed items, or any combination of two or more of the listed items (A and B) unless otherwise indicated or clearly contradicted by context Then it needs to be interpreted. The terms “comprising”, “having”, “including” and “containing”, unless otherwise noted, are non-limiting terms (ie, “including, Meaning “but not limited to”). The recitation of value ranges herein is merely intended to be treated as an abbreviated way of referring individually to each distinct value within that range, unless otherwise specified herein. Each distinct value is incorporated herein as if it were individually described herein. All methods described herein can be performed in any suitable order unless otherwise indicated herein or otherwise clearly contradicted by context. The use of any and all examples provided herein or exemplary words (eg, “such as”) is merely intended to better illustrate the present invention. Unless otherwise requested, no limitation is imposed on the scope of the present invention. No language in the specification should be construed as indicating any non-claimed element as essential to the practice of the invention.

本発明の好ましい実施形態は本明細書において記載されており、発明者らの知る、本発明を実施する最良の形態を含んでいる。それらの好ましい実施形態の変形形態は、前述の記載を読むことで当業者に明らかとなってもよい。発明者らは当業者が必要に応じてそのような変形形態を使用することを予想し、且つ発明者らは本発明が本明細書において具体的に述べられている以外の方法で実施されることを意図する。したがって本発明は、適用法令が許すように、本明細書に添付される特許請求の範囲において記載される対象の全改造物及び全等価物を含む。さらに、その可能な全変形形態における上記の要素の任意の組合せが、本明細書において別段の定めがないかぎり、又は文脈で明らかに矛盾しないかぎり、本開示によって包含される。   Preferred embodiments of this invention are described herein, including the best mode known to the inventors for carrying out the invention. Variations on those preferred embodiments may become apparent to those skilled in the art upon reading the foregoing description. The inventors anticipate that those skilled in the art will use such variations as necessary, and that the invention is practiced in ways other than those specifically described herein. I intend to. Accordingly, this invention includes all modifications and equivalents of the subject matter recited in the claims appended hereto as permitted by applicable law. Moreover, any combination of the above-described elements in all possible variations thereof is encompassed by the disclosure unless otherwise defined herein or otherwise clearly contradicted by context.

[付記]
[付記1]
アルファ化部分加水分解デンプンの作製方法であって、前記方法が
(a)少なくとも水と、非アルファ化デンプンと、カルシウムイオンを実質的にキレート化しない弱酸とを混合して、約8重量%〜約25重量%の含水率を有する湿性デンプン前駆体を作製すること;
(b)前記湿性デンプン前駆体を押出機に供給すること;ならびに
(c)前記湿性デンプンを、約150℃(約300°F)〜約210℃(約410°F)のダイ温度で、前記押出機においてアルファ化すること及び酸変性すること
を含む方法。
[Appendix]
[Appendix 1]
A method of making pregelatinized partially hydrolyzed starch comprising: (a) mixing at least water, non-pregelatinized starch, and a weak acid that does not substantially chelate calcium ions to about 8 wt% to Making a wet starch precursor having a moisture content of about 25% by weight;
(B) feeding the wet starch precursor to an extruder; and (c) the wet starch at a die temperature of about 150 ° C (about 300 ° F) to about 210 ° C (about 410 ° F). A process comprising pregelatinizing and acid-modifying in an extruder.

[付記2]
前記カルシウムイオンを実質的にキレート化しない弱酸がアルムを含む付記1記載の方法。
[Appendix 2]
The method according to claim 1, wherein the weak acid that does not substantially chelate calcium ions comprises alum.

[付記3]
前記湿性デンプン前駆体を作製する前記混合に酒石酸が含まれる付記1又は2に記載の方法。
[Appendix 3]
The method according to appendix 1 or 2, wherein tartaric acid is contained in the mixture for producing the wet starch precursor.

[付記4]
前記方法が、前記アルファ化部分加水分解デンプンの精製工程と中和工程とを含まない付記1〜3のいずれか1つに記載の方法。
[Appendix 4]
The method according to any one of appendices 1 to 3, wherein the method does not include a purification step and a neutralization step of the pregelatinized partially hydrolyzed starch.

[付記5]
アルファ化部分加水分解デンプンの作製方法であって、前記方法が
(a)少なくとも水と、非アルファ化デンプンと、強酸とを混合して、約8重量%〜約25重量%の含水率を有する湿性デンプン前駆体を作製することであって、前記強酸は、前記デンプンの重量の約0.05重量%以下の量である作製すること;
(b)前記湿性デンプン前駆体を押出機に供給すること;ならびに
(c)前記湿性デンプンを、約150℃(約300°F)〜約210℃(約410°F)のダイ温度で、前記押出機においてアルファ化すること及び酸変性すること
を含む方法。
[Appendix 5]
A method for making pregelatinized partially hydrolyzed starch, the method comprising: (a) mixing at least water, non-pregelatinized starch and a strong acid and having a moisture content of about 8 wt% to about 25 wt%. Making a wet starch precursor, wherein the strong acid is in an amount up to about 0.05% by weight of the weight of the starch;
(B) feeding the wet starch precursor to an extruder; and (c) the wet starch at a die temperature of about 150 ° C (about 300 ° F) to about 210 ° C (about 410 ° F). A process comprising pregelatinizing and acid-modifying in an extruder.

[付記6]
前記強酸が、約−1.7以下のpKaを有する付記5記載の方法。
[Appendix 6]
The method of claim 5, wherein the strong acid has a pKa of about -1.7 or less.

[付記7]
前記強酸が、硫酸、硝酸、塩酸、又はそれらの任意の組合せである付記5又は6に記載の方法。
[Appendix 7]
The method according to appendix 5 or 6, wherein the strong acid is sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, or any combination thereof.

[付記8]
(a)(i)少なくとも水と、非アルファ化デンプンと、酸とを混合して、約8重量%〜約25重量%の含水率を有する湿性デンプン前駆体を形成させることであって、前記酸は、
(1)カルシウムイオンを実質的にキレート化しない弱酸、
(2)前記デンプンの重量の約0.05重量%以下の量である強酸、又は
(3)それらの任意の組合せ
から成る群より選択される形成させること;
(ii)前記湿性デンプン前駆体を押出機に供給すること;ならびに(iii)前記湿性デンプンを、約150℃(約300°F)〜約210℃(約410°F)の温度のダイを有する前記押出機においてアルファ化すること及び酸変性することによってアルファ化部分加水分解デンプンを形成させること;
(b)前記アルファ化部分加水分解デンプンを、少なくとも水及びスタッコと混合してスラリーを形成させること;
(c)前記スラリーを、第1カバーシートと第2カバーシートの間に配置して、湿性組立体を形成させること;
(d)前記湿性組立体をボードに切断すること;ならびに
(e)前記ボードを乾燥すること
を含むボードの作製方法。
[Appendix 8]
(A) (i) mixing at least water, non-pregelatinized starch, and acid to form a wet starch precursor having a moisture content of about 8 wt% to about 25 wt%, comprising: Acid
(1) a weak acid that does not substantially chelate calcium ions;
(2) a strong acid in an amount of about 0.05% or less by weight of the starch, or (3) a formation selected from the group consisting of any combination thereof;
(Ii) feeding the wet starch precursor to an extruder; and (iii) the wet starch has a die at a temperature of about 150 ° C (about 300 ° F) to about 210 ° C (about 410 ° F). Forming pregelatinized partially hydrolyzed starch by pregelatinization and acid modification in the extruder;
(B) mixing the pregelatinized partially hydrolyzed starch with at least water and stucco to form a slurry;
(C) placing the slurry between a first cover sheet and a second cover sheet to form a wet assembly;
(D) cutting the wet assembly into a board; and (e) drying the board.

[付記9]
前記スラリーがトリメタリン酸ナトリウムをさらに含む付記8記載の方法。
[Appendix 9]
The method according to appendix 8, wherein the slurry further comprises sodium trimetaphosphate.

[付記10]
前記アルファ化部分加水分解デンプンを有しないスラリーと同じレベルで前記スラリーの流動性を維持するのに加える必要がある水の量が、異なる方法に従って調製されるアルファ化部分加水分解デンプンを使用した場合に必要とされる水の量の増分よりも少ない付記8又は9記載の方法。
[Appendix 10]
When using pregelatinized partially hydrolyzed starch, the amount of water that needs to be added to maintain the fluidity of the slurry at the same level as the slurry without pregelatinized partially hydrolyzed starch 10. The method of appendix 8 or 9, wherein less than the amount of water required for the process.

Claims (1)

アルファ化部分加水分解デンプンの作製方法であって、前記方法が
(a)少なくとも水と、非アルファ化デンプンと、カルシウムイオンを実質的にキレート化しない弱酸とを混合して、約8重量%〜約25重量%の含水率を有する湿性デンプン前駆体を作製すること;
(b)前記湿性デンプン前駆体を押出機に供給すること;ならびに
(c)前記湿性デンプンを、約150℃(約300°F)〜約210℃(約410°F)のダイ温度で、前記押出機においてアルファ化すること及び酸変性すること
を含む方法。
A method of making pregelatinized partially hydrolyzed starch comprising: (a) mixing at least water, non-pregelatinized starch, and a weak acid that does not substantially chelate calcium ions to about 8 wt% to Making a wet starch precursor having a moisture content of about 25% by weight;
(B) feeding the wet starch precursor to an extruder; and (c) the wet starch at a die temperature of about 150 ° C (about 300 ° F) to about 210 ° C (about 410 ° F). A process comprising pregelatinizing and acid-modifying in an extruder.
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