KR102268058B1 - 전호화, 부분 가수분해화 전분 제조 방법 및 관련 방법 및 생성물 - Google Patents

전호화, 부분 가수분해화 전분 제조 방법 및 관련 방법 및 생성물 Download PDF

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Abstract

적어도 물, 비-전호화 전분, 및 산을 혼합하여 전분 전구체를 형성함으로써 제조되는 압출된 전호화, 부분 가수분해화 전분과 관련된 방법이 개시된다. 산은 실질적으로 칼슘 이온 킬레이트화를 방지하는 약산 또는 소량의 강산일 수 있다. 방법에서, 전분 전구체의 전호화 및 산-개질화는 압출기에서 일 단계로 진행된다. 또한 본 방법에 의해 제조되는 전분을 이용한 판 제조 방법, 및 본 발명의 다양한 방법에 의해 제조되는 전분 및 판이 개시된다.

Description

전호화, 부분 가수분해화 전분 제조 방법 및 관련 방법 및 생성물{METHOD OF PREPARING PREGELATINIZED, PARTIALLY HYDROLYZED STARCH AND RELATED METHODS AND PRODUCTS}
관련 출원들의 교차-참조
본 특허 출원은 2013.10.2자 출원된 미국 특허 출원 번호 14/044,582, 2013.10.14자 출원된 국제 PCT 출원 번호 PCT/US2013/064776, 및 2014.9.23자 출원된 미국 특허 출원 번호 14/494,547의 이익을 주장하고, 상기 모든 특허 출원은 본원에 전체가 참조로 통합된다.
전분은 일반적으로 2 종류의 다당류 (아밀로오스 및 아밀로펙틴)를 포함하고 탄수화물로 분류된다. 일부 전분은 전형적으로 가열 수단을 통해 전호화된다. 일반적으로, 전호화 전분은 냉수로 분산액, 반죽 (paste), 또는 겔을 형성한다. 전호화 전분은 일반적으로 소화되기 쉽고 다양한 식품 (예를들면, 제빵, 스택, 음료, 당과 제품, 유제품, 그레비, 가공식품, 소스, 및 고기) 및 제약에서의 첨가제를 포함하여 수 많은 방식으로 사용되었다.
전호화 전분의 또 다른 용도는 석고 벽판 제조에 있다. 이와 관련하여, 판 제조 과정에서, 스투코 (즉, 황산칼슘 반수화물 및/또는 황산칼슘 무수화물 형태의 소성 석고), 물, 전분, 및 기타 적합한 성분들이, 전형적으로 본 분야에서 사용되는 핀 혼합기에서 혼합된다. 슬러리가 형성되고 혼합기에서 스킴 코트 중 하나가 (필요한 경우) 이미 인가된 (때로 혼합기 상류) 커버 시트를 운반하는 이동 컨베이어에 방출된다. 슬러리는 페이퍼에 펼쳐진다 (임의선택적으로 스킴 코트가 페이퍼에 포함). 스킴 코트 존재 또는 부재의 또 다른 커버 시트가 슬러리에 적용되어 예를들면, 성형판 또는 기타 등을 이용하여 바람직한 두께의 샌드위치 구조체를 형성한다.
소성 석고와 물의 반응으로 결정질 수화 석고 (즉, 황산칼슘 이수화물)의 기질을 형성함으로써 혼합물은 고화되어 경화 (즉, 재수화) 석고가 형성된다. 소성 석고의 바람직한 수화로 인하여 경화 석고 결정의 교합 기질 (matrix)이 형성됨으로써, 제품 중 석고 구조체에 강도가 부여된다. 잔류 자유수 (즉, 미반응)를 방출하여 건식 제품을 얻기 위하여 (예를들면, 킬른에서) 열이 필요하다.
때로, 전호화 전분으로 인하여 공정 중에 용수량이 더해진다. 용수량을 보충하고 제조 과정에서 충분한 유동성을 확보하기 위하여, 스투코 슬러리에 물이 투입되어야 한다. 이러한 과잉수로 인하여 건조 시간 증가, 제조 라인 속도 서행화, 및 에너지 비용 증가를 포함한 제조 비효율이 발생된다. 본 발명자들은 전호화 및 부분 가수분해화 전분이 물을 덜 요구한다는 것을 알았다.
또한 발명자들은 전호화, 부분 가수분해화 전분 제조 기술이 완전히 만족스럽지 않다는 것을 알았다. 이러한 전호화, 부분 가수분해화 전분을 제조하는 종래 방법은 효율적이지 않고, 생산율이 낮고 제조 과정이 느릴 뿐 아니라 에너지 비용이 많아진다. 따라서, 본 분야에서 특히 낮은 용수량을 보이는 전호화, 부분 가수분해화 전분의 제조방법에 대한 개선이 요망된다.
상기 배경기술은 독자들을 조력하기 위하여 발명자들에 의해 제시되는 것이고 선형기술에 대한 참고문헌으로 취하거나 또는 임의의 지적된 문제점들 자체가 본 분야에서 인정되는 것으로 이해되어서는 아니된다. 기재된 원리들이, 일부 관점 및 실시태양들에서, 다른 시스템에서 내재적인 문제점들을 완화할 수 있지만, 보호되는 발명의 범위는 본원에 기재된 임의의 특정 문제점을 해결하기 위한 청구 발명의 능력에 의한 것이 아니라 첨부된 청구범위에 의해 정해지는 것이라는 점을 이해하여야 한다.
하나의 양태에서, 발명은 전호화, 부분 가수분해화 전분 제조 방법을 제공하고: (a) 적어도 물, 비-전호화 전분, 및 실질적으로 칼슘 이온 킬레이트화를 방지하는 약산을 혼합하여 함수율 약 8 wt.% 내지 약 25 wt.%의 습식 전분 전구체를 제조하는 단계; (b) 습식 전분 전구체를 압출기에 공급하는 단계; 및 (c) 다이 온도 약 150℃ (약 300℉) 내지 약 210℃ (약 410℉)의 압출기에서 습식 전분 전구체를 전호화 및 산-개질하는 단계를 포함한다. 또한 발명은 본 발명에 따라 생성되는 전분을 제공한다.
또 다른 양태에서, 발명은 전호화, 부분 가수분해화 전분 제조 방법을 제공하고: (a) 적어도 물, 비-전호화 전분, 및 강산을 혼합하여 함수율 약 8 wt.% 내지 약 25 wt.%의 습식 전분 전구체를 제조하는 단계, 이때 강산 함량은 전분 중량 기준으로 약 0.05 wt.% 이하; (b) 습식 전분 전구체를 압출기에 공급하는 단계; 및 (c) 다이 온도 약 150℃ (약 300℉) 내지 약 210℃ (약 410℉)의 압출기에서 습식 전분 전구체를 전호화 및 산-개질하는 단계를 포함한다. 또한 발명은 본 발명에 따라 생성되는 전분을 제공한다.
또 다른 양태에서, 발명은 판 제조 방법을 제공하고: (a) (i) 적어도 물, 비-전호화 전분, 및 산을 혼합하여 함수율 약 8 wt.% 내지 약 25 wt.%의 습식 전분 전구체를 제조하는 단계, 이때 산은 다음으로 이루어진 군에서 선택되고: (1) 실질적으로 칼슘 이온 킬레이트화를 방지하는 약산, (2) 전분 중량 기준으로 약 0.05 wt.% 이하의 강산, 또는 (3) 임의의 이들 조합; (ii) 습식 전분 전구체를 압출기에 공급하는 단계; 및 (iii) 다이 온도 약 150℃ (약 300℉) 내지 약 210℃ (약 410℉)의 압출기에서 습식 전분을 전호화 및 산-개질하는 단계에 의해 전호화, 부분 가수분해화 전분을 형성하는 단계; (b) 전호화 및 부분 가수분해화 전분을 적어도 물 및 스투코와 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계; (c) 슬러리를 제1 커버 시트 및 제2 커버 시트 사이에 배치하여 습식 조립체를 형성하는 단계; (d) 습식 조립체를 판으로 절단하는 단계; 및 (e) 판 건조 단계를 포함한다.
일부 실시태양들에서, 경화 석고 코어의 압축 강도는 상이한 방법으로 제조되는 전분으로 제작되는 경화 석고 코어보다 크다. 또 다른 양태에서, 발명은 본 발명에 따라 생산되는 판을 제공한다.
도 1은 점도 (좌측 y-축) 및 온도 (우측 y축) 대 시간 (x-축)을 도시한 아밀로그램으로 실시예 2에 제시된 바와 같이 고형분이 10 wt.%인 시험 슬러리에서 함수율 16 wt.%로 압출되는 전분의 반죽 프로파일 (pasting profile)을 보인다.
도 2는 점도 (좌측 y-축) 및 온도 (우측 y축) 대 시간 (x-축)을 도시한 아밀로그램으로 실시예 2에 제시된 바와 같이 고형분이 10 wt.%인 시험 슬러리에서 함수율 13 wt.%로 압출되는 전분의 반죽 프로파일을 보인다.
도 3은 온도 대 시간을 도시한 그래프로 실시예 3에 제시된 바와 같이 각각 백반 (alum) 3 wt.%로 처리된 전호화, 부분 가수분해화 전분및 지연제 (retarder) 0.05 wt.% 및 0.0625 wt.%를 함유한 두 슬러리들, 및 점도 773 센티포아즈를 가지는 종래 전호화 옥수수 전분 및 지연제 0.05 wt.%를 포함하는 제3 슬러리의 온도 상승 세트 (rise set) (TRS) 수화 속도를 보인다.
본 발명의 실시태양들은 전호화, 부분 가수분해화 전분의 제조 방법을 제공한다. 하나의 양태에서, 본 발명은 판 (예를들면, 석고 벽판) 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 방법에 따라 생성되는 전호화, 부분 가수분해화 전분은 다양한 다른 방식으로, 예컨대 식품 (예를들면, 제빵, 음료, 당과 제품, 유제품, 즉시 푸딩, 그레비, 스프 믹스, 가공 식품, 파이 속, 소스, 및 고기), 제약, 사료, 접착제, 및 착색에서 사용된다. 본 발명의 일부 실시태양들에 의해 제조되는 이러한 전분은 일반적으로 소화성이고 식품에 바람직한 점도를 제공하고, 본래 기본 재료의 기능적 특성을 대부분 보존할 수 있다.
본 발명의 실시태양들은, 적어도 부분적으로, 압출기 단일 단계에서의 전호화 및 산-개질화 전분에 대한 놀랍고도 예기치 못한 발견에 기인한다. 놀랍고도 예기치 못하게, 압출기 단일 단계에서의 전호화 및 산-개질화 전분은 개별 단계에서의 전호화 및 산-개질화 전분과 대비하여 상당한 이점들을 가진다. 예를들면, 본 발명의 전호화, 부분 가수분해화 전분 제조 방법으로 본원에 기재된 바와 같이 바람직한 특성 (예를들면, 점도, 유동성, 냉수 용해성 등)을 훼손하지 않고도 더욱 높은 생산성, 더욱 빠른 제조 및 더욱 낮은 에너지 비용이 가능하다.
또한, 압출 조건들 (예를들면, 고온 및 고압)은 전분의 산 가수분해 속도를 크게 증가시킨다는 것을 알았다. 놀랍고도 예기치 못하게, 이러한 단일 단계 공정으로 전분 산-개질화에 대하여 약산, 예컨대 백반, 및/또는 더욱 소량의 강산 사용이 가능하다. 어떠한 산 형태이든 산의 양성자가 전분의 가수분해를 촉매하는 기작을 제공한다. 종래 산-개질화 공정은 정제 및 중화 단계를 포함한다. 본 발명의 일부 실시태양들에 의하면 약산 (예를들면, 백반) 및/또는 소량의 강산을 사용하면 전형적으로 종래 시스템에서 중화 단계에서 얻어진 전분 염을 정제하기 위하여 필요하였던 임의의 중화 단계 및 이어지는 정제 단계가 필요하지 않다.
압출 공정은, 본 발명의 실시태양들에 의하면, 전분의 전호화뿐 아니라, 부분 (즉, 산-개질화를 통해) 전분 분자를 가수분해화 한다. 따라서, 일 단계의 압출 공정은 물리적 개질화 (전호화) 및 화학적 개질화 (산-개질화, 부분 산 가수분해) 모두를 제공한다. 전호화로 전분은 강도를 (예를들면, 최종 생성물 예컨대 석고 판에) 제공할 수 있다. 산-개질화는 유리하게도 전분을 부분 가수분해화 하여 전분은 최종 생성물, 예컨대 석고 판에 강도를 부여하고, 제품 제조 시 예컨대 석고 판 제작 공정에서 용수량을 낮춘다. 따라서, 본 발명의 실시태양들에 의한 전분 제조 방법의 생성물은 전호화 및 부분 가수분해화 전분이다.
일부 실시태양들에 의하면, 본 발명은 매우 효율적인 산-개질화 반응을 제공한다. 압출기에서 전호화 및 산-개질화는 본원에 기재된 바와 같이 승온 및/또는 승압에서 진행되어 산 가수분해 속도는 더욱 낮은 온도 (예를들면, 50℃) 및/또는 압력에서의 종래 산 가수분해 속도보다 예를들면, 대략 30,000 시간 이상 더욱 신속하다. 산 가수분해 속도는 전분 전구체에서 낮은 함수율 (약 8 wt.% 내지 약 25 wt.%)을 통해 따라서 높은 반응물 농도를 통해 더욱 증가한다. 이러한 높은 산-개질화 효율로 인하여, 발명자들은, 놀랍고도 예기치 못하게, 약산 또는 매우 낮은 수준의 강산이 전분 전구체에 사용되어 최적화 산-개질화를 달성할 수 있고 고가이고, 시간이 소요되는 중화 및 정제 필요성 및 비효율적인 종래 시스템 요건들을 회피할 수 있다는 것을 알았다.
일부 실시태양들에 의하면, 가수분해는 전분을 최적 크기 범위의 더욱 작은 분자로 전환하도록 설계되며, 이는 본원에서 전호화, 부분 가수분해화 전분의 바람직한 점도로 정의된다. 전분이 과도하게 가수분해화 되면, 지나치게 작은 분자 (예를들면, 올리고당 또는 당)로 전환되고, 이는 석고 판의 경우, 바람직한 점도의 전호화, 부분 가수분해화 전분에 의해 제공되는 것보다 판 강도가 약해진다.
전호화, 부분 가수분해화 전분은 (i) 적어도 물, 비-전호화 전분, 및 산을 혼합하여 함수율 약 8 wt.% 내지 약 25 wt.%의 습식 전분 전구체를 형성함으로써 제조될 수 있다. 산은: (1) 실질적으로 칼슘 이온 킬레이트화를 방지하는 약산, (2) 전분 중량 기준으로 약 0.05 wt.% 이하의 강산, 또는 (3) 임의의 이들 조합일 수 있다. 습식 전분 전구체는 본원에 기재된 바와 같이 상승된 다이 온도 및/또는 압력의 압출기 일 단계에서 전호화 및 산-개질화 된다. 전분은 예를들면, 본원에 기재된 바와 같이 바람직한 점도를 가지도록 가수분해화 된다.
따라서, 일부 실시태양들에서, 전호화, 부분 가수분해화 전분은 적어도 물, 비-전호화 전분, 및 실질적으로 칼슘 이온 킬레이트화를 방지하는 약산을 혼합하여 함수율 약 8 wt.% 내지 약 25 wt.%의 습식 전분 전구체를 제작함으로써 제조될 수 있다. 이어 습식 전분은 압출기로 공급된다. 다이 온도 약 150℃ (약 300℉) 내지 약 210℃ (약 410℉)의 압출기에서, 습식 전분은 전호화 및 산-개질화, 예컨대 적어도 부분 가수분해화 된다.
추가 실시태양들에서, 전호화, 부분 가수분해화 전분은 적어도 물, 비-전호화 전분, 및 강산을 혼합하여 함수율 약 8 wt.% 내지 약 25 wt.%의 습식 전분 전구체를 제작함으로써 제조되되, 강산 함량은 전분 중량 기준으로 약 0.05 wt.% 이하이다. 이어 습식 전분은 압출기로 공급된다. 다이 온도 약 150℃ (약 300℉) 내지 약 210℃ (약 410℉)의 압출기에서, 습식 전분은 전호화 및 산-개질화, 예컨대 적어도 부분 가수분해화 된다.
바람직하게는, 얻어진 전호화, 부분 가수분해화 전분은 스투코 슬러리에 포함될 때 용수량이 낮고, 일부 실시태양들에서 양호한 강도를 가지는 판 (예를들면, 석고 판) 제작에 유용하다. 따라서, 또 다른 양태에서, 본 발명은 압출기 단일 단계로 전호화 및 산-개질화의 방법에 의해 제조되는 전분을 이용하는 석고 판 제조 방법을 제공한다. 일부 실시태양들에서, 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분은 본 분야에서 알려진 다른 전호화 전분 대비 낮은 용수량을 가진다.
그 결과, 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분은 양호한 유동성으로 스투코 슬러리에 (예를들면, 핀 혼합기로 공급 라인에 의해) 포함된다. 일부 실시태양들에서, 시스템에 과잉수가 투입될 필요가 없으므로 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분이 더욱 많이 포함되고, 따라서 더욱 높은 강도 및 더욱 낮은 판 밀도가 달성될 수 있다. 얻어진 판은 양호한 강도 특성 (예를들면, 양호한 코어 경도, 못 인발 저항, 압축 강도, 등, 또는 본원에 제공되는 각각의 값들의 임의의 조합에 기초하여 이들 간의 임의의 관계식)을 보인다. 바람직하게는, 석고 판 제작 과정에서 본 발명의 방법에 따라 제조된 전분이 포함되면 강도 보강으로 인하여 초 저 밀도 생성물이 생산된다. 석고 판은, 예를들면, 석고 벽판 (때로 건식벽체로 칭함) 형태이고, 벽뿐 아니라 천정 및 기타 본 분야에서 이해되는 지점에 사용 가능한 벽을 포함한다. 그러나, 본 방법에 의해 제조되는 전분은 달리, 예컨대 식품에 적용될 수 있다.
전호화 및 산-개질화
전분은 탄수화물로 분류되고 두 유형의 다당류, 즉 선형 아밀로오스, 및 분지화 아밀로펙틴을 포함한다. 전분 과립은 예를들면, 편광 아래에서 보이는 바와 같이 반-결정질이고, 실온에서 불용성이다. 호화 (Gelatinization)는 전분을 물에 넣고 가열하는 (“조리”) 과정이고, 전분 과립의 결정질 구조가 용융되고, 전분 분자는 물에 녹아 양호한 분산체가 된다. 전분 과립을 호화 형태로 전환할 때, 초기에, 전분 과립은 수 불용성이므로 수중에 거의 점도가 없다. 온도가 올라가면, 전분 과립이 팽창하고 결정질 구조가 호화 온도에서 용융된다. 전분 과립이 최대로 팽창될 때 피크 점도가 달성된다. 더욱 가열되면 전분 과립이 분해되고 전분 분자는 물에 녹고, 점도는 급격히 감소한다. 냉각 후, 전분 분자는 재-배열되어 3-D 겔 구조를 형성하고, 겔 구조로 인하여 점도는 증가한다. 일부 상업적 전분은 전호화 형태로 판매되고, 달리 과립 형태로 판매된다. 본 발명의 일부 실시태양들에 의하면, 석고 판과 관련하여, 과립 형태는 적어도 어느 정도 호화된다. 설명 목적으로, 석고 판과 관련하여, (전형적으로 혼합기, 예를들면, 핀 혼합기에서) 본원에서 스투코 슬러리라고도 칭하는 석고 슬러리에 첨가되기 전에 전분은 전호화 된다.
따라서, 본원에서 사용되는, “전호화”란 예를들면, 석고 슬러리에 포함되거나 또는 다른 분야에 사용되기 전에 전분이 임의의 정도로 호화된 것을 의미한다. 석고 판과 관련하여 일부 실시태양들에서, 전호화 전분은 슬러리에 포함될 때 부분 호화될 수 있지만, 과잉수 제거를 위한 건조 단계에서 상승 온도, 예를들면, 킬른에서 완전 호화된다. 석고 판과 관련된 일부 실시태양들에서, 증점제 (VMA) 방법에 의한 조건들에 있을 때 전분이 일부 실시태양들의 중간-범위 점도 특성을 만족하면 전호화 전분은 킬른에서 유출될 때에도 완전 호화되지 않는다.
본원에서 점도는 달리 명시되지 않는 한 VMA 방법에 의한다. 본 발명에 의하면, 점도는 베인 기하 (vane geometry) (직경 28 mm 및 길이 42.05 mm)의 동축 원통, 표준 컵 (직경 30 mm)을 가지는 Discovery HR-2 Hybrid 유동계 (TA Instruments Ltd)를 이용하여 측정한다.
전분이 얻어지면, 시차주사 열량측정법 (DSC)으로 전분이 완전히 호화되었는지를 결정한다. DSC 단계를 적용하여 전분이 완전히 호화되었는지, 예를들면, 더 이상 노화 (retrogradation)가 발생되지 않는지를 확인한다. 전분을 완전히 호화시키는데 필요한 온도에 따라 두 절차 중 하나로 적용하고, 이는 또한 당업자에 의해 이해되는 바와 같이 DSC로 결정될 수 있다.
DSC에 의해 전분이90℃ 이하에서 완전히 호화된 경우 또는 호화 온도를 가지는 경우 절차 1이 적용된다. 절차 2는 호화 온도가 90℃를 초과하는 경우 이용된다. 전분이 수중에 있는 동안 점도가 측정되므로, 절차 2는 물이 현저하게 증발되지 않도록 밀폐 용기 내에서 가압조리를 적용하여 100℃ 이상으로 온도를 과열시킨다. 하기되는 바와 같이, 호화는 개방 시스템으로 호화 가압 조건들을 형성할 수 없는 유동계에서 수행되므로 절차 1은 호화 온도가 90℃까지이거나 완전히 호화된 전분에 적용된다. 따라서 더욱 높은 호화 온도를 가지는 전분의 경우 절차 2가 이어진다. 어떠한 방식이든, 점도 측정을 위하여 총 중량 50 g으로 전분 (7.5 g, 건조량 기준)이 물에 첨가된다.
절차 1에서, 전분을 물에 분산하고 (전분 및 물의 총 중량의 15% 전분), 샘플을 즉시 원통 셀로 옮긴다. 셀을 알루미늄 박으로 덮는다. 샘플을 25℃ 에서 90℃로 5℃/min 속도 전단 속도 200 s-1로 가열한다. 전단 속도 200 s-1로 샘플을 90℃에서 10 min 동안 유지한다. 샘플을 90℃에서 80℃로 5℃/min 속도 및 전단 속도 200 s-1로 냉각한다. 전단 속도 0 s-1로 샘플을 80℃에서 10 min 동안 유지한다. 샘플의 점도를 80℃ 및 전단 속도 100 s-1 에서 2 min 동안 측정한다. 점도는 30 초 내지 60 초 측정값의 평균이다.
절차 2는 호화 온도가90℃를 넘는 전분에 대하여 적용한다. 전분을 전분 산업에서 잘 알려진 방법으로 호화한다 (예를들면, 가압조리). 호화 전분 물 용액 (총 중량의 15%)을 즉시 유동계 측정 컵으로 옮기고 80℃에서 10 분 동안 평형을 잡는다. 샘플의 점도를 80℃ 및 전단 속도 100 s-1 에서 2 min 동안 측정한다. 점도는 30 초 내지 60 초 측정값의 평균이다.
점성도계 및 DSC는 전분 호화를 기술하기 위한 두 가진 상이한 방법이다. 전분 호화도는, 예를들면, DSC의 온도 기록도에 의해, 예를들면, 피크 면적 (결정 용융)을 계산하여 결정될 수 있다. (점성도계의) 점도 기록도는 부분 호화도 결정에는 덜 바람직하지만 데이터 예컨대 전분의 점도 변화, 호화 최대, 호화 온도, 노화, 유지 과정에서의 점도, 냉각 종점에서의 점도 등을 구하는데 양호한 도고이다. 호화도에 있어서, DSC 측정은 과잉수, 특히 67중량% 이상에서 수행된다. 전분/물 혼합물의 수량이 67% 미만이면, 수량이 감소하면 호화 온도는 증가한다. 가용수가 제한되면 전분 결정을 녹이기가 어렵다. 전분/물 혼합물의 수량 이 67%에 도달하면, 추가 수량이 전분/물 혼합물에 첨가되어도 호화 온도는 일정하다. 호화 발생 (onset) 온도는 호화 개시 온도를 의미한다. 호화 종료 (end) 온도는 호화 종점 온도를 나타낸다. 호화 엔탈피는 호화 과정에서 용융되는 결정질 구조체의 함량을 나타낸다. 전분 DSC 온도 기록도로부터 엔탈피를 이용하여, 호화도를 표시할 수 있다.
상이한 전분은 상이한 호화 발생 온도, 종료 온도, 및 호화 엔탈피를 가진다. 따라서, 상이한 전분은 상이한 온도에서 완전히 호화된다. 전분이 과잉수에서 호화 종료 온도 이상에서 가열될 때 전분이 완전히 호화된다고 이해될 수 있다. 또한, 임의의 특정 전분에 있어서, 전분이 호화 종료 온도 이하에서 가열되면, 전분은 부분 호화된다. 따라서, 부분 및 완전하지 않은 호화는 예를들면, DSC에 의해 결정되는 바와 같이 과잉수 존재에서 전분이 호화 종료 온도 이하에서 가열될 때 발생된다. 완전한 호화는 예를들면, DSC에 의해 결정되는 바와 같이 과잉수 중에 전분이 호화 종료 온도 이상에서 가열될 때 발생된다. 호화도 (degree)는 상이한 방식으로, 예컨대, 예를들면, 전분을 호화 종료 온도 이하에서 가열하여 부분 호화를 형성함으로써 조정될 수 있다. 예를들면, 전분을 완전히 호화하기 위한 엔탈피가 4 J/g이면, DSC가 전분 호화 엔탈피가 2 J/g이라고 보일 때, 이는 전분의 50%가 호화된 것이라는 것을 의미한다. DSC로 측정될 때 완전 호화 전분은 DSC 온도 기록도 호화 피크 (엔탈피 = 0 J/g)를 가지지 않는다.
상기된 바와 같이, 호화도는 임의의 적합한 정도일 수 있고, 예컨대 약 70% 이상, 등일 수 있다. 그러나, 호화도가 작을수록 과립 전분과 더욱 유사하고 본 발명 일부 실시태양들의 강도 개선, 더욱 양호한 (더욱 완전한) 분산, 및/또는 용수량 감소의 충분한 이점을 취하지 못한다. 따라서, 일부 실시태양들에서, 더 높은 호화도, 예를들면, 적어도 약 75%, 적어도 약 80%, 적어도 약 85%, 적어도 약 90%, 적어도 약 95%, 적어도 약 97%, 적어도 약 99%, 또는 완전 (100%) 호화도인 것이 바람직하다. 더욱 낮은 호화도를 가지는 전분이 슬러리에 첨가될 수 있고 추가 호화 (예를들면, 100%까지)는 석고 판의 경우 킬른에서 발생될 수 있다. 슬러리에 첨가 목적으로, “완전히 호화란” 전분이 호화 온도 이상에서 충분히 가열 조리되거나 또는 달리 DSC 기술에서 보이는 바와 같이 완전 호화를 달성하는 것으로 이해될 수 있다. 냉각 시에 일부 노화가 예상되지만, 당업자에 의해 이해되는 바와 같이 일부 실시태양들에서 전분은 여전히 석고 슬러리에 첨가되거나, 또는 다른 분야에서 사용되기 위한 “완전히 호화”로 이해된다. 반대로, 본원에서 논의되는 VMA 방법 목적으로, 이러한 노화는 점도 측정에 있어서 허용되지 않는다.
전분 분자는 산-개질화되어, 예를들면, 글루코스 단위 사이 글리코시드 결합이 가수분해되어 바람직한 분자량이 달성된다. 전분 산-개질화 따라서 분자량 감소로 달성되는 일 이점은 용수량이 감소한다는 것이다. 추가적으로 산-개질화되지 않은 종래 전호화 전분은 물 요구량이 매우 높고, 이는 더욱 높은 에너지 비용과 연관된다. 일반적으로종래에는 호화 전에 개질화가 진행되는 것이 더욱 효율적이고 더욱 저렴하므로 바람직하다는 신념이 있었다. 그러나, 놀랍고도 예기치 못하게, 본 발명자들은 전호화 및 산-개질화는 단일 단계로 관여될 수 있고, 따라서 직렬적이 아닌 동시에 발생될 수 있다는 것을 알았다.
전분 제조 방법
본 발명의 일부 실시태양들에 의하면, 압출기에 들어가기 전에, 습식 전분 전구체가 제조된다. 습식 전분 전구체는 임의의 적합한 방법으로 제조된다. 예를들면, 일부 실시태양들에서, 습식 전분 전구체는 전분 원료에 물 및 산을 첨가하여 제조하되, 산은 (a) 실질적으로 칼슘 이온 킬레이트화를 방지하는 약산, 및/또는 (b) 소량의 강산일 수 있다.
전호화, 부분 가수분해화 전분을 제조하는데 사용되는 한, 예컨대 본 발명 일부 실시태양들의 중간-범위 (mid-range) 점도 특성을 충족시키는 임의의 적합한 전분 원료를 선택하여 습식 전분 전구체를 제조한다. 본원에서 사용되는, "전분"이란 전분 성분을 포함하는 조성물을 언급한다. 따라서, 전분은 100% 순수 전분일 수 있고 또는 전분 성분이 전분 조성물 중량 기준으로 적어도 약 75%를 구성한다면 기타 성분들 예컨대 가루 (flour)에서 통상 존재하는 것들 예컨대 단백질 및 섬유를 가질 수 있다. 전분은 전분을 포함한 가루 (예를들면, 옥수수 가루) 형태일 수 있고, 예컨대 가루는 가루 중량의 적어도 약 75%, 예를들면, 적어도 약 80%, 적어도 약 85%, 적어도 약 90%, 적어도 약 95%, 등) 전분을 가진다. 임의의 적합한 미개질 (unmodified) 전분 또는 가루가 본 발명의 전호화, 부분 가수분해화 전분의 전구체 제조에 사용 가능하다. 예를들면, 전분은 CCM260 옐로우 옥수수 밀 (meal), CCF600 옐로우 옥수수 가루 (Bunge North America), Clinton 106 (ADM), 및/또는 Midsol 50 (MGP 성분들)일 수 있다.
습식 전분 전구체는 임의의 적합한 함수율을 가지도록, 따라서 압출기에서 바람직한 전호화 및 산-개질화 수준이 달성되도록 제조된다. 일부 실시태양들에서, 예를들면, 습식 전분 전구체의 함수율은 총 전분 전구체 기준으로 약 8 wt.% 내지 약 25 wt.%, 예컨대 약 8 wt.% 내지 약 23 wt.%, 예를들면, 약 8 wt.% 내지 약 21 wt.%, 약 8 wt.% 내지 약 20 wt.%, 약 8 wt.% 내지 약 19 wt.%, 약 8 wt.% 내지 약 18 wt.%, 약 8 wt.% 내지 약 17 wt.%, 약 8 wt.% 내지 약 16 wt.%, 약 8 wt.% 내지 약 15 wt.%, 약 9 wt.% 내지 약 25 wt.%, 약 9 wt.% 내지 약 23 wt.%, 약 9 wt.% 내지 약 21 wt.%, 약 9 wt.% 내지 약 20 wt.%, 약 9 wt.% 내지 약 19 wt.%, 약 9 wt.% 내지 약 18 wt.%, 약 9 wt.% 내지 약 17 wt.%, 약 9 wt.% 내지 약 16 wt.%, 약 9 wt.% 내지 약 15 wt.%, 약 10 wt.% 내지 약 25 wt.%, 약 10 wt.% 내지 약 23 wt.%, 약 10 wt.% 내지 약 21 wt.%, 약 10 wt.% 내지 약 20 wt.%, 약 10 wt.% 내지 약 19 wt.%, 약 10 wt.% 내지 약 18 wt.%, 약 10 wt.% 내지 약 17 wt.%, 약 10 wt.% 내지 약 16 wt.%, 약 10 wt.% 내지 약 15 wt.%, 약 11 wt.% 내지 약 25 wt.%, 약 11 wt.% 내지 약 23 wt.%, 약 11 wt.% 내지 약 21 wt.%, 약 11 wt.% 내지 약 20 wt.%, 약 11 wt.% 내지 약 19 wt.%, 약 11 wt.% 내지 약 18 wt.%, 약 11 wt.% 내지 약 17 wt.%, 약 11 wt.% 내지 약 16 wt.%, 약 11 wt.% 내지 약 15 wt.%, 약 12 wt.% 내지 약 25 wt.%, 약 12 wt.% 내지 약 23 wt.%, 약 12 wt.% 내지 약 21 wt.%, 약 12 wt.% 내지 약 20 wt.%, 약 12 wt.% 내지 약 19 wt.%, 약 12 wt.% 내지 약 18 wt.%, 약 12 wt.% 내지 약 17 wt.%, 약 12 wt.% 내지 약 16 wt.%, 약 12 wt.% 내지 약 15 wt.%, 약 13 wt.% 내지 약 25 wt.%, 약 13 wt.% 내지 약 23 wt.%, 약 13 wt.% 내지 약 21 wt.%, 약 13 wt.% 내지 약 20 wt.%, 약 13 wt.% 내지 약 19 wt.%, 약 13 wt.% 내지 약 18 wt.%, 약 13 wt.% 내지 약 17 wt.%, 약 13 wt.% 내지 약 16 wt.%, 약 13 wt.% 내지 약 15 wt.%, 약 14 wt.% 내지 약 25 wt.%, 약 14 wt.% 내지 약 23 wt.%, 약 14 wt.% 내지 약 21 wt.%, 약 14 wt.% 내지 약 20 wt.%, 약 14 wt.% 내지 약 19 wt.%, 약 14 wt.% 내지 약 18 wt.%, 약 14 wt.% 내지 약 17 wt.%, 약 14 wt.% 내지 약 16 wt.%, 또는 약 14 wt.% 내지 약 15 wt.%인 것이 바람직하고 이들 모두는 습식 전분 전구체 총 중량 기준으로. 습식 전분 제조 시에, 본원에 기재된 함수율은 첨가수뿐 아니라 주변 습기도 포함한다고 이해하여야 한다.
임의의 특정 이론에 구속될 의도는 아니지만, 더욱 낮은 함수율은 압출기에서 더 큰 마찰을 일으킨다고 판단된다. 일부 실시태양들에서, 습식 전분은 압출기에 습식 전분이 공급될 때 충분한 기계적 에너지가 허용되는 함수율을 가지도록 제조되고, 마찰로 인하여 습식 전분은 압출기에서 너무 쉽게 이동되지 않는다. 마찰 증가로 전분 내의 수소 결합 파열이 높아진다.
실질적으로 칼슘 이온 킬레이트화를 방지하는 임의의 적합한 약산이 습식 전분에 혼합된다. 임의의 특정 이론에 구속될 의도는 아니지만, 킬레이트화는 약산을 포함하고, 예를들면, 칼슘과의 배위 착체 형성하고 또는 달리 석고 슬러리 내에서 석고 결정 형성을 방해한다. 이러한 방해로 형성되는 석고 결정 개수가 줄어들고, 결정 형성이 지연되고 (속도 감소), 석고 결정 간 상호작용들이 감소된다. 칼슘 이온을 킬레이트 하지 않는 것과 관련하여 용어 “실질적으로”란 일반적으로 적어도 90% (예를들면, 적어도 92%, 적어도 95%, 적어도 96%, 적어도 97%, 적어도 98%, 또는 적어도 99%)의 가용 칼슘 이온이 산에 킬레이트화되지 않는다느 것을 의미한다.
본 발명의 실시태양들에 의한 약산은 pKa 값이 약 1 내지 약 6, 예를들면, 약 1 내지 약 5, 약 1 내지 4, 약 1 내지 3, 약 1 내지 2, 약 1.2 내지 약 6, 약 1.2 내지 약 5, 약 1.2 내지 약 4, 약 1.2 내지 약 3, 약 1.2 내지 약 2, 약 2 내지 약 6, 약 2 내지 약 5, 약 2 내지 약 4, 약 2 내지 약 3, 약 3 내지 약 6, 약 3 내지 약 5, 약 3 내지 약 4, 약 4 내지 약 6, 또는 약 4 내지 약 5인 것들로 정의된다. 본 분야에서 이해되는 바와 같이, pKa 값은 산의 강도를 측정한 것이고; pKa 값이 낮을수록, 산은 더욱 강하다.
실질적으로 칼슘 이온 킬레이트화를 방지하는 약산은, 예를들면, 다중-결합 자리, 예컨대 칼슘 이온과 결합되는 다중 카르복실 관능기 (COO)의 결여로 특정된다. 일부 실시태양들에서, 약산은 최소 다중-결합 자리, 예컨대 다중-COO- 기를 가지고, 또는 실질적으로 다중-결합 자리, 예컨대 다중-COO- 기가 부재이고, 따라서, 예를들면, 킬레이트화는 최소화되고 (즉, 실질적으로 회피되고) 또는 석고 결정 형성은 약산 부재의 결정 형성과 비교할 때 실질적으로 영향을 받지 않는다. 일부 실시태양들에서, 예를들면, 황산알루미늄 (백반)은 실질적으로 칼슘 이온 킬레이트화를 방지하므로 습식 전분 제조용으로 적합한 약산이다. 백반은 다중-결합 자리를 가지지 않는다.
일부 실시태양들에서, 백반은 습식 전분 전구체에 임의의 적합한 형태, 예컨대 바람직한 고형분의 백반 함유 액체로 첨가된다. 예를들면, 수용액에 액체 백반이 포함되고 백반은 임의의 적합한 함량으로 존재한다. 기타 약산이 유사하게 첨가될 수 있다.
전호화, 부분 가수분해화 전분은 바람직한 점도 및 낮은 용수량으로 제조되고 당으로 과도 가수분해화되지 않도록 습식 전분은 실질적으로 칼슘 이온 킬레이트화를 방지하는 임의의 적합한 함량의 약산을 포함도록 혼합된다. 예를들면, 일부 실시태양들에서, 이러한 약산은 전분 중량 기준으로 약 0.5 wt.% 내지 약 5 wt.%, 예컨대 약 0.5 wt.% 내지 약 4.5 wt.%, 예를들면, 약 0.5 wt.% 내지 약 4 wt.%, 약 0.5 wt.% 내지 약 3.5 wt.%, 약 0.5 wt.% 내지 약 3 wt.%, 약 1 wt.% 내지 약 5 wt.%, 약 1 wt.% 내지 약 4.5 wt.%, 약 1 wt.% 내지 약 4 wt.%, 약 1 wt.% 내지 약 3.5 wt.%, 약 1 wt.% 내지 약 3 wt.%, 약 1.5 wt.% 내지 약 5 wt.%, 약 1.5 wt.% 내지 약 4.5 wt.%, 약 1.5 wt.% 내지 약 4 wt.%, 약 1.5 wt.% 내지 약 3.5 wt.%, 약 1.5 wt.% 내지 약 3 wt.%, 약 2 wt.% 내지 약 5 wt.%, 약 2 wt.% 내지 약 4.5 wt.%, 약 2 wt.% 내지 약 4 wt.%, 약 2 wt.% 내지 약 3.5 wt.%, 약 2 wt.% 내지 약 3 wt.%, 약 2.5 wt.% 내지 약 5 wt.%, 약 2.5 wt.% 내지 약 4.5 wt.%, 약 2.5 wt.% 내지 약 4 wt.%, 약 2.5 wt.% 내지 약 3.5 wt.%, 또는 약 2.5 wt.% 내지 약 3 wt.%로 포함된다. 이들 함량은 약산 성분을 포괄하고, 약산이 용액일 때, 물 또는 기타 용액 성분들을 제외하는 것이라는 것을 이해하여야 한다.
습식 전분 전구체는 임의선택적으로 칼슘 이온을 킬레이트화할 수 있는 제2 산, 예컨대 타르타르산을 더욱 포함하도록 제조된다. 따라서, 일부 실시태양들에서, 제2 산, 예컨대 타르타르산은, 칼슘 이온을 킬레이트화하지 않는 임의의 적합한 약산과 조합될 수 있다. 타르타르산은 석고 결정화를 지연시키는 것으로 알려져 있다. 그러나, 비-킬레이트화 약산과 조합하면, 타르타르산은 석고 결정화에 대한 실질적 지연이 억제되어, 산-개질화를 통한 가수분해 반응이 최적화된다. Besides 타르타르산 외에도, 기타 제2 산, 예컨대 숙신산 또는 말산이, 백반 촉진 효과를 능가하지 않는 한 유익하다. 일부 실시태양들에서, 습식 전분 전구체는 백반 및 타르타르산 모두를 포함한다.
포함된다면, 제2 산 (예를들면, 타르타르산)은 임의의 적합한 함량으로 존재할 수 있다. 예를들면, 타르타르산은 전분 중량 기준으로 약 0.1 wt.% 내지 약 0.6 wt.%, 예를들면, 약 0.1 wt.% 내지 약 0.4 wt.%, 약 0.2 wt.% 내지 약 0.3 wt.%로 존재할 수 있다.
일부 실시태양들에서, 오일이 임의선택적으로 습식 전분에 첨가되어 압출기 내부에서 전분의 이동성을 개선시킨다. 일부 실시태양들에서 사용 가능한 오일은 카놀라 오일, 식물성 오일, 옥수수유, 대두유, 또는 임의의 이들 조합을 포함한다. 예를들면, 일부 실시태양들에서, 카놀라 오일 또는 상기 대체물 중 하나는 전분 중량 기준으로 임의선택적으로 약 0 wt.% 내지 약 0.25 wt.%, 예를들면, 약 0.1 wt.% 내지 약 0.2 wt.%, 약 0.1 wt.% 내지 약 0.15 wt.%, 약 0.15 wt.% 내지 약 0.25 wt.%, 약 0.15 wt.% 내지 약 0.2 wt.%, 또는 약 0.2 wt.% 내지 약 0.25 wt.%로 첨가될 수 있다.
일부 실시태양들에 의하면, 습식 전분 전구체는 물, 비-전호화 전분, 및 소량의 강산을 혼합하여 제조한다. 일부 실시태양들에서, 강산의 pK는 약 -1.7 이하이다. 임의의 이러한 강산이 사용될 수 있고, 일부 실시태양들에서, 강산은 황산, 질산, 염산, 또는 임의의 이들 조합을 포함한다. 황산 이온이 석고 판 실시태양들에서 석고 결정화를 가속시키므로 일부 실시태양들에서 황산, 단독 또는 기타 산과의 조합이 바람직하다.
강산 함량은 상대적으로 적고, 예컨대 전분 중량 기준으로 약 0.05 wt.% 이하, 예를들면, 약 0.045 wt.% 이하, 약 0.04 wt.% 이하, 약 0.035 wt.% 이하, 약 0.03 wt.% 이하, 약 0.025 wt.% 이하, 약 0.02 wt.% 이하, 약 0.015 wt.% 이하, 약 0.01 wt.% 이하, 약 0.005 wt.% 이하, 약 0.001 wt.% 이하, 약 0.0005 wt.% 이하, 예컨대 전분 중량 기준으로 약 0.0001 wt.% 내지 약 0.05 wt.%, 약 0.0001 wt.% 내지 약 0.045 wt.%, 약 0.0001 wt.% 내지 약 0.04 wt.%, 약 0.0001 wt.% 내지 약 0.035 wt.%, 약 0.0001 wt.% 내지 약 0.03 wt.%, 약 0.0001 wt.% 내지 약 0.025 wt.%, 약 0.0001 wt.% 내지 약 0.02 wt.%, 약 0.0001 wt.% 내지 약 0.015 wt.%, 약 0.0001 wt.% 내지 약 0.01 wt.%, 약 0.0001 wt.% 내지 약 0.005 wt.%, 약 0.0001 wt.% 내지 약 0.001 wt.%, 약 0.0001 wt.% 내지 약 0.0005 wt.%이다. 이들 함량은 강산 성분을 포괄하며, 강산이 용액일 때, 물 또는 기타 용액 성분들을 제외한다는 것을 이해하여야 한다. 예를들면, 통상의 강산-개질화는 2% 황산 용액을 이용하고, 전분 고체는 ~35%이다 (35 g 전분에 대하여2 g 황산). 백분율은 순수 황산 성분들에 기초한다. 황산 성분 중량을 습식 전분 중량으로 나누어 계산된다. 예를들면, 황산이 50% 순도이면 (용액 중량의 절반은 순수 황산), 황산 용액 중량은 배가된다. 예로써, 100 g 전분에 대하여, 0.1 g 순수 황산이 첨가되어 0.1 wt.%를 달성한다. 황산 용액 농도가 50%이면, 0.2 g의 50% 황산 용액을 첨가하여 0.1 wt.%를 달성한다.
상이한 등급의 산 (>95%, 98%, 99.99%)이 있다는 것을 이해하여야 한다. 이들 차이는 전분 전구체에서 강산 함량과 관련하여 용어 “약”에 의해 포괄된다. 당업자는 상이한 등급을 포함하도록 본원에 기재된 wt.%를 쉽게 결정할 수 있을 것이다. 본 발명의 일부 실시태양들에 의해 사용되는 강산 함량은 예를들면, 35 g 전분에 대하여 적어도 약 2 g 황산을 사용하는 종래 시스템에 포함된 것보다 상당히 작다. 일부 실시태양들에서, 상기된 바와 같이 소량의 강산은 칼슘 이온을 킬레이트화 하지 않는 약산, 예컨대 본원에 기재된 바와 같이 백반과 조합하여 사용될 수 있다.
본 발명의 실시태양들은 습식 전분 전구체가 압출기를 통과되도록 공급하고, 이에 따라 습식 전분 전구체는 압출기에서 단일 단계로 전호화 및 산-개질화 된다. 압출기는 일반적으로 고분자를 용융하고 다이로 통과하도록 이송함으로써 고분자를 바람직한 형태로 녹이고 처리하기 위하여 사용되는 기계이다. 압출기는 또한 고분자를 기타 성분들, 예컨대 착색제, 보강 섬유, 광물 필터, 등과 혼합한다. 압출기 목적은 공급된 모든 성분들을 분산 및 배분하여 일정한 온도 및 압력으로 성분들을 용융시키는 것이다.
압출기구성 및 배열은 본 분야에서 알려져 있다. 일반적으로, 압출기는 공급 재료를 이송하는 공급 호퍼, 고분자를 가소제 (예를들면, 물)로 숙성하기 위하여 발열 자켓을 포함하는 사전 조정기, 가열 구열을 포함하는 압출기 모듈 헤드, 및 다이 조립체를 포함한다. 압출기는 일반적으로 공급 오거, 나이프, 및 축 (screw)(들)을 포함한다. 공급 오거는 압출기로 습식 전분 전구체 이송을 조력하기 위하여 존재한다. 나이프는 줄-유사 전호화, 부분 가수분해화 전분을 소형의 펠렛으로 절단하기 위하여 존재하고, 이들은 분쇄된다. 축(들)은 습식 전분 전구체를 혼합하고, 압출기를 통과하도록 습식 전분 전구체를 이송하고, 기계적 전단을 제공하도록 조력한다. 압출기는 일축 또는 이축 변형일 수 있고 이는 당업자에 의해 이해될 수 있다. 참고, 예를들면, Leszek Moscicki, Extrusion-Cooking Techniques, WILEY-VCH Verlag ＆ Co. KGaA, 2011.
일축 압출기에서, 축은 일반적으로 공급기 목부에서 고체를 이송하고 압축하기 위하여 깊은 채널을 가지는 공급부, 축 채널이 점차 덜 깊어지고 고분자가 용융하는 압축부, 및 용융된 고분자를 다이로 이송시키는 얕은 채널을 가지는계량부를 포함한다. 일부 축들은 혼합 장치를 포함하도록 설계된다 (예를들면, 축에서 연장되는 핀들).
이축 압출기는 일반적으로 같은 방향 (즉, 동일-회전) 또는 반대 방향 (즉, 반대-회전)으로 회전하는 두 축들을 가진다. 두 축들은 비-치합형 또는 완전 치합형 플라이트로 회전된다. 일축 압출기 경우, 공급 재료는 축 채널 전체를 채우지만, 이축 압출기 경우, 단지 축 채널 일부만이 채워지고, 따라서 하류 공급 포트 또는 벤트는 소정 성분들을 투입하기 위하여 사용될 수 있다.
다이 조립체는 일반적으로 플레이트, 간격자, 및 다이 헤드를 포함한다. 재료 압출 시, 공정은 연속적이거나, 따라서 재료는 무한 길이로 압출되고, 또는 반-연속적이고, 따라서 재료는 분절로 압출된다. 압출 재료는 뜨겁거나 차갑다.
본 발명은 압출기에서 전호화, 부분 가수분해화 전분의 제조 방법을 제공한다. 임의의 적합한 압출기, 예컨대 일축 압출기 (예를들면, American Extrusion International, South Beloit, IL에서 입수되는 Advantage 50) 또는 이축 압출기 (예를들면, Wenger, Sabetha, KS에서 입수되는 Wenger TX52)가 사용된다.
본원에 기재된 바와 같이, 비-전호화 전분, 실질적으로 칼슘 이온 킬레이트화를 방지하는 약산 형태의 산 및/또는 소량의 강산, 및 물을 혼합하여 압출기로 공급한다. 일부 실시태양들에서, 추가 물이 압출기에 투입된다. 압출기에서, 가열 요소 및 기계적 전단기의 조합으로 전분은 용융 및 전호화되고, 약산은 전분을 본원에 기재된 바와 같이 바람직한 점도를 가지는 바람직한 분자량이되도록 부분적으로 가수분해한다. 압출기 조건들에 따라, 기계 에너지로 인하여, 또한 전분 분자는 분해될 수 있고, 이로 인하여 부분적으로 산-개질화와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 일부 실시태양들에 의한 압출기 조건들 (예를들면, 높은 반응 온도 및 고압)은 이러한 화학적 반응을 촉진시키므로, 약산 및/또는 소량의 강산이 사용될 수 있다고 판단된다. 본 방법은, 따라서, 전분 산-개질화 효율을 개선시킨다.
주 축(들)은 임의의 적합한 속도로, 따라서 바람직한 혼합 및 기계적 전단이 달성되도록 작동된다. 예를들면, 일부 실시태양들에서 주 축은 약 350 RPM (± 약 100 RPM)로 운전된다. 바람직한 공급 속도가 달성되도록 공급 오거는 임의의 적합한 속도로 운전된다. 예를들면, 일부 실시태양들에서 공급 오거는 약 14 RPM (± 약 5 RPM)로 작동된다.
나이프는 임의의 적합한 속도로 동작한다. 예를들면, 다양한 실시태양들에서 나이프는 약 400 RPM 내지 약 1,000 RPM, 예를들면, 약 400 RPM 내지 약 900 RPM, 약 400 RPM 내지 약 800 RPM, 약 400 RPM 내지 약 700 RPM, 약 400 RPM 내지 약 600 RPM, 약 400 RPM 내지 약 500 RPM, 약 500 RPM 내지 약 1,000 RPM, 약 500 RPM 내지 약 900 RPM, 약 500 RPM 내지 약 800 RPM, 약 500 RPM 내지 약 700 RPM, 약 500 RPM 내지 약 600 RPM, 약 600 RPM 내지 약 1,000 RPM, 약 600 RPM 내지 약 900 RPM, 약 600 RPM 내지 약 800 RPM, 약 600 RPM 내지 약 700 RPM, 약 700 RPM 내지 약 1,000 RPM, 약 700 RPM 내지 약 900 RPM, 약 700 RPM 내지 약 800 RPM, 약 800 RPM 내지 약 1,000 RPM, 약 800 RPM 내지 약 900 RPM, 또는 약 900 RPM 내지 약 1,000 RPM으로 작동된다.
습식 전분은 습식 전분이 타지 않고 충분히 전호화 될 수 있는 임의의 적합한 온도의 다이를 가지는 압출기에서 전호화 및 산-개질화 된다. 예를들면, 습식 전분은 약 150℃ (약 300℉) 내지 약 210℃ (약 410℉), 예를들면, 다양한 실시태양들에서, 약 150℃ 내지 약 205℃ (약 400℉), 약 150℃ 내지 약 199℃ (약 390℉), 약 150℃ 내지 약 193℃ (약 380℉), 약 150℃ 내지 약 188℃ (약 370℉), 약 150℃ 내지 약 182℃ (약 360℉), 약 154℃ (약 310℉) 내지 약 210℃, 약 154℃ 내지 약 205℃ (약 400℉), 약 154℃ 내지 약 199℃, 약 154℃ 내지 약 193℃, 약 154℃ 내지 약 188℃, 약 154℃ 내지 약 182℃, 약 160℃ (약 320℉) 내지 약 210℃, 약 160℃ 내지 약 205℃ (약 400℉), 약 160℃ 내지 약 199℃, 약 160℃ 내지 약 193℃, 약 160℃ 내지 약 188℃, 약 160℃ 내지 약 182℃, 약 166℃ (약 330℉) 내지 약 210℃, 약 166℃ 내지 약 205℃, 약 166℃ 내지 약 199℃, 약 166℃ 내지 약 193℃, 약 166℃ 내지 약 188℃, 약 166℃ 내지 약 182℃, 약 171℃ (약 340℉) 내지 약 210℃, 약 171℃ 내지 약 205℃, 약 171℃ 내지 약 199℃, 약 171℃ 내지 약 193℃, 약 171℃ 내지 약 188℃, 약 171℃ 내지 약 182℃, 약 177℃ (약 350℉) 내지 약 210℃, 약 177℃ 내지 약 205℃, 약 177℃ 내지 약 199℃, 약 177℃ 내지 약 193℃, 약 177℃ 내지 약 188℃, 또는 약 177℃ 내지 약 182℃ 온도의 다이를 가지는 압출기에서 전호화 및 산-개질화 된다. 압출기 다이는 본원에 기재된 바와 같이 임의의 충분한 온도일 수 있지만, 다이 온도는 일반적으로 전분 결정 용융 온도를 초과한다.
호화도는 임의의 적합한 수준, 예컨대 적어도 약 70% 이상, 예를들면, 적어도 약 75%, 적어도 약 80%, 적어도 약 85%, 적어도 약 90%, 적어도 약 95%, 적어도 약 97%, 적어도 약 99%, 또는 완전 (100%) 호화일 수 있다. 하기와 같이 벽판 제조에 있어서, 더욱 낮은 호화도의 전분이 스투코 슬러리에 첨가될 수 있고, 예를들면, 추가 호화 (예를들면, 100%까지)는 킬른에서 진행될 수 있다.
압출기에서의 압력은 전호화 및 산-개질화에 적합한 조건들이 달성될 수 있는 임의의 적합한 수준일 수 있다. 압출기 내부 압력은 피-압출 원료, 함수율, 다이 온도, 및 축 속도에 따라 결정되고, 이는 당업자에 의해 인지될 수 있을 것이다. 예를들면, 압출기 내의 압력은 적어도 약 2,000 psi (약 13,800 kPa), 예컨대 적어도 약 2,250 psi (약 15,500 kPa), 적어도 약 2,500 psi (약 17,200 kPa), 적어도 약 2,750 psi (약 19,000 kPa), 적어도 약 3,000 psi (약 20,650 kPa), 적어도 약 3,500 psi (약 24,100 kPa), 적어도 약 4,000 psi (약 27,600 kPa), 또는 적어도 약 4,500 psi (약 31,000 kPa)일 수 있다. 일부 실시태양들에서, 압력은 약 2,000 psi 내지 약 5,000 psi (34,500 kPa), 예를들면, 약 2,000 psi 내지 약 4,500 psi, 약 2,000 psi 내지 약 4,000 psi, 약 2,000 psi 내지 약 3,500 psi, 약 2,000 psi 내지 약 3,000 psi, 약 2,000 psi 내지 약 2,500 psi, 약 2,500 psi 내지 약 5,000 psi, 약 2,500 psi 내지 약 4,500 psi, 약 2,500 psi 내지 약 4,000 psi, 약 2,500 psi 내지 약 3,500 psi, 약 2,500 psi 내지 약 3,000 psi, 약 3,000 psi 내지 약 5,000 psi, 약 3,000 psi 내지 약 4,500 psi, 약 3,000 psi 내지 약 4,000 psi, 약 3,000 psi 내지 약 3,500 psi, 약 3,500 psi 내지 약 5,000 psi, 약 4,000 psi 내지 약 5,000 psi, 약 4,000 psi 내지 약 4,500 psi, 또는 약 4,500 psi 내지 약 5,000 psi일 수 있다.
놀랍고도 예기치 못하게, 압출기에서 단일 단계로 전호화, 부분 가수분해화 전분을 제조하는 본 방법은 일련의 두 단계에 의한 전호화 및 산-개질화 전분보다 상당히 신속하다는 것을 알았다. 임의의 기타 방법에 의한 전분보다 본 방법으로 상당히 많은 전호화, 부분 가수분해화 전분이 제조된다. 더욱 많은 생산량 및 더욱 신속한 생산 속도는 고온 및/또는 고압에서의 높은 반응 속도에 의한 것이다. 일부 실시태양들에서, 전호화 및 산-개질화는 약 5 분미만, 예컨대 약 4 분미만, 예를들면, 약 3 분미만, 약 2 분미만, 약 90 초미만, 약 75 초미만, 약 1 분미만, 약 45 초미만, 약 30 초미만, 약 25 초미만, 약 20 초미만, 약 15 초미만, 약 10 초 미만에서 진행된다. 또한, 일부 실시태양들에서, 전호화 및 산-개질화는 임의의 두 상기 시점에 사이의 속도로 압출기에서 진행된다. 예를들면, 전호화 및 산-개질화 속도는 약 10 초 내지 5 분, 예를들면, 약 10 초 내지 약 4 분, 약 10 초 내지 약 3 분, 약 10 초 내지 약 2 분, 약 10 초 내지 약 90 초, 약 10 초 내지 약 75 초, 약 10 초 내지 약 1 분, 약 10 초 내지 약 45 초, 약 10 초 내지 약 30 초, 약 10 초 내지 약 25 초, 약 10 초 내지 약 20 초, 또는 약 10 초 내지 약 15 초일 수 있다.
전호화, 부분 가수분해화 전분의 제조 방법은 임의의 충분한 속도로 진행되는 연속 공정일 수 있다. 일부 실시태양들에서, 전분은 압출기에서 생산 속도가 적어도 약 100 kg/hr, 예컨대 적어도 약 150 kg/hr, 적어도 약 200 kg/hr, 적어도 약 250 kg/hr, 적어도 약 300 kg/hr, 적어도 약 350 kg/hr, 적어도 약 400 kg/hr, 적어도 약 450 kg/hr, 500 kg/hr, 적어도 약 550 kg/hr, 예를들면, 적어도 약 600 kg/hr, 적어도 약 650 kg/hr, 적어도 약 700 kg/hr, 적어도 약 750 kg/hr, 적어도 약 800 kg/hr, 적어도 약 850 kg/hr, 적어도 약 900 kg/hr, 적어도 약 950 kg/hr, 적어도 약 1,000 kg/hr, 적어도 약 1,050 kg/hr, 적어도 약 1,100 kg/hr, 적어도 약 1,150 kg/hr, 적어도 약 1,200 kg/hr, 적어도 약 1,250 kg/hr, 적어도 약 1,300 kg/hr, 적어도 약 1,350 kg/hr, 적어도 약 1,400 kg/hr, 적어도 약 1,450 kg/hr, 또는 적어도 약 1,500 kg/hr로 전호화 및 산-개질화 된다. 또한, 일부 실시태양들에서, 압출기에서의 생산 속도는 임의의 두 상기 점들 사이에 있을 수 있다. 예를들면, 생산 속도는 약 100 kg/hr 내지 약 1,500 kg/hr (예를들면, 약 100 kg/hr 내지 약 1,500 kg/hr, 약 100 kg/hr 내지 1,000 kg/hr, 약 250 kg/hr 내지 약 1,500 kg/hr, 약 250 kg/hr 내지 약 1,000 kg/hr, 약 600 kg/hr 내지 약 1,250 kg/hr, 약 650 kg/hr 내지 약 1,200 kg/hr, 약 700 kg/hr 내지 약 1,100 kg/hr, 약 750 kg/hr 내지 약 1,000 kg/hr, 등)일 수 있다.
발명자들은 일부 실시태양들에서 단일 단계에서 전분을 효과적으로 및 충분히 전호화 및 산-개질화하기 위해 압출기 조건들 (예를들면, 고온 및 고압)이 특히 수행될 수 있다는 것을 알았다. 압출기가 습식 전분을 혼합할 때, 매우 높은 마찰을 발생시키므로, 발열된다. 압출기에서축 및 챔버 간의 공간이 매우 좁으므로전단력은 압출기의 축에 의해 생긴다. 비 기계 에너지 (SME)는 단위 중량 당 대상체에 대한 기계 에너지를 의미한다. SME는 함수율에 따라 달라진다. 더욱 높은 함수율 (예를들면, 유동성 목적)은 낮은 점도 및 낮은 마찰을 일으키고, 따라서, SME가 작아진다. 수분량이 많다면, 낮은 점도 및 낮은 마찰로 인하여 더욱 작은 SME가 발생된다. 본원에 기재된 바와 같이 본 발명의 습식 전분 전구체의 함수율은 효과적인 SME를 제공한다.
압출기에서, 본원에 기재된 바와 같이 본 발명의 실시태양들에 의해 제공되는 조건들에 의해, 전분은 매우 효과적으로 전호화 된다. 임의의 특정 이론에 구속될 의도는 아니지만, 본 발명의 일부 실시태양들에 의하면 압출기에서의 양호한 혼합으로 압출기에서 반응에 필요한 물이 덜 요구된다고 판단된다. 매우 낮은 함수율로 높은 반응물 농도가 가능하고, 이로써 화학적 반응 속도가 촉진된다. 압출기에서의 고온은 또한 반응 속도를 크게 가속시킨다. 전분이 압출기에서 나올 때, 반응이 진행되어, 전호화 및 부분 가수분해화 된다.
종래 산-개질화에서, 전분은 강산 용액에 투입되었다. 이러한 종래 방법은 본원에 기재된 바와 같이 압출기에서 직렬적이 아닌 동시적 전호화 및 산-개질화 전분 일 단계에 의한 놀랍고도 예기치 못한 방법보다 훨씬 많은 물 및 산을 이용한다. 종래 산-개질화는 수 시간 소요된다. 반응이 일어난 후, 산은 중화, 정제 및 세척될 필요가 있다. 중화 및 정제 단계에서 시간이 소요되고 고가이다.
발명자들의 놀랍고도 예기치 못한 발견 전에는, 종래 산-개질화에서 실질적으로 칼슘 이온 킬레이트화를 방지하는 약산 또는 소량의 강산을 사용하는 것이 바람직하지 않다고 생각되었다. 이는, 종래 방법에서는, 산이 약하거나 또는 소량의 강산으로, 산-개질화가 더디기 때문이다. 따라서, 다량의 강산 (예를들면, pKa가 약 -1.7 이하)이 종래 산-개질화에서 바람직하였다. 놀랍고도 예기치 못하게, 전호화, 부분 가수분해화 전분이 본 발명의 실시태양들에 따라 본원에 기재된 바와 같이 약산 또는 소량의 강산을 이용하여 압출기에서 제조될 때, 각각 온화한 산 조건 및 석고 결정화에 대한 방해가 덜하므로 중화 및 정제 단계가 필요하지 않다. 일부 실시태양들에서, 전호화, 부분 가수분해화 전분에 여전히 산이 존재할 수 있다.
전분 특성 및 석고 판에서의 전분 이용 이점들
본 발명의 실시태양들에 따라 압출기에서 제조되는 전분은 임의의 전호화, 부분 가수분해화 전분일 수 있다. 일부 실시태양들에서, 전분은 본원에 기재된 바와 같이 바람직한 다양한 특성 (예를들면, 중간-범위 점도, 냉수 용해성, 냉수 점도, 등)을 가지도록 제조된다.
본 발명의 실시태양들에 따라 압출기에서 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분은 석고 판에 적용되기에 적합하다. 석고 판에 적용되면, 예로써, 전호화 및 산-개질화는, 본원에 기재된 바와 같이 본 발명의 실시태양들에 의한 바람직한 점도 (및, 따라서, 분자량 범위)를 달성함으로써 예를들면, 강도 목적으로 유익하다. 본원에서 논의되는 벽판 제조 방법에서, 스투코 슬러리에 투입되는 전분은 적어도 약 70% 호화, 예를들면, 적어도 약 75% 호화, 적어도 약 80% 호화, 적어도 약 85% 호화, 적어도 약 90% 호화, 적어도 약 95% 호화, 적어도 약 97% 호화, 또는 100% 호화 (즉, 완전히 호화)될 수 있다.
또한, 본원에 기재된 바와 같이 실질적으로 칼슘 이온 킬레이트화를 방지하는 약산을 포함하는 습식 전분을 압출기에 공급하면, 본 발명의 실시태양들에 따라, 전분이 가수분해되어, 바람직한 점도가 달성되고, 따라서 바람직한 분자량 범위가 달성된다. 점도 표시는 따라서 전호화, 부분 가수분해화 전분의 분자량을 표시하는 것이고, 이는 당업자에 의해 이해될 수 있다.
일부 실시태양들에서, 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분은 임의의 적합한 점도를 가질 수 있다. 일부 실시태양들에서, 점도는 전호화, 부분 가수분해화 전분이 전호화, 부분 가수분해화 전분 및 물 총 중량 기준으로 수중 전호화, 부분 가수분해화 전분은 15%인 VMA 방법에 의한 조건들에서 “중간-범위” 점도 (즉, 약 20 센티포아즈 내지 약 700 센티포아즈)를 가지는 것으로 특정된다. 따라서, VMA 방법이 적용되어 VMA 방법 조건들에서 전호화, 부분 가수분해화 전분이 중간-범위 점도 특성을 보이는지를 결정한다. 이는 전호화, 부분 가수분해화 전분이 석고 슬러리에 이러한 조건들로 투입되어야 한다는 것을 의미하는 것은 아니다. 오히려, 전호화, 부분 가수분해화 전분이 슬러리에 투입될 때, 습식 (수중 다양한 전분 농도) 또는 건식 형태일 수 있고, 본원에 기재된 바와 같이 완전히 호화되거나 또는 달리 VMA 방법에 제시된 조건들에 있을 필요는 없다.
일부 실시태양들에서, 전호화 전분의 중간-범위 점도는 약 20 센티포아즈 내지 약 700 센티포아즈, 예컨대 약 20 센티포아즈 내지 약 500 센티포아즈, 약 30 센티포아즈 내지 약 200 센티포아즈, 또는 약 100 센티포아즈 내지 약 700 센티포아즈이다. 본 발명의 실시태양들에서, VMA 방법으로 시험될 때 전호화 전분 점도는, 예를들면, 하기 표 1A, 1B 및 1C에 나열된 바일 수 있다. 표에서, “X”는 “약 [상단 열 해당 값] 내지 약 [최 좌측 열 해당 값]” 범위를 나타낸다. 표기 값은 센티포아즈 단위의 전호화 전분 점도를 나타낸다. 쉽게 제시하기 위하여, 각각의 값은 “약” 해당 값을 나타낸다고 이해하여야 한다. 예를들면, 표 1A에서 제1 “X”는 “약 20 센티포아즈 내지 약 25 센티포아즈” 범위이다.
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따라서, 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분 점도는 표 1A, 1B 또는 1C에 제시된 임의의 상기 끝점들을 포함한 이들 사이 범위를 가질 수 있다. 대안으로, 일부 실시태양들에서, 전호화, 부분 가수분해화 전분은 본원에 기재된 브라밴더 방법에 따라 측정되는 약 5 브라밴더 단위 (BU) 내지 약 33 BU, 예를들면, 약 10 BU 내지 약 30 BU, 약 12 BU 내지 약 25 BU, 또는 약 15 BU 내지 약 20 BU의 점도 (10% 고체, 93℃)를 가진다.
일부 실시태양들에서, 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분은 적용되는 제품 (예를들면, 벽판) 강도에 상당한 유익을 제공한다. 전분은 3개의 히드록실기를 가지는 글루코스 단량체를 포함하므로, 전분은 석고 결정과의 수소 결합을 위한 많은 자리를 제공한다. 임의의 특정 이론에 구속될 의도는 아니지만, 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분의 분자 크기로 인하여 전분 분자의 최적 이동이 가능하고 전분 분자는 석고 결정과 정렬되어 전분은 석고 결정에 양호하게 결합되고 예를들면, 수소 결합을 통해 얻어진 결정질 석고 기질 (matrix)을 강화시킨다고 판단된다.
예를들면, 각각 더욱 긴 사슬 길이 및 더욱 높은 분자량 (매우 높은 점도) 및 더욱 짧은 사슬 길이 및 더욱 낮은 분자량 (매우 낮은 점도)를 가지는, 중간-범위가 아닌 점도를 가지는 본원이 아닌 또 다른 방법으로 제조되는 종래 전호화 전분은, 동일한 유익의 조합을 제공하지 않는다. 또한 전분 효율 관점에서, 전분 분자가 석고 결정에 충분히 결합될 때, 결정은 이미 결합되어 더 이상 전분이 부착하거나 결합되는 석고 결정 자리가 없기 때문에 추가 전분은 상당한 유익을 부가하지 않는다고 판단된다. 따라서, 석고 결정 및 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화 부분 가수분해화 전분 분자 간 최적화 결합으로 인하여, 결정질 석고 기질의 강도는 개선되고, 종래 전분과 비교하여 강도 촉진을 위하여 필요한 전분은 더욱 적다. 발명자들은 예를들면, 중간-범위 점도 (전분의 중간 범위 분자량을 나타냄)의 용해된 전분 분자로 인하여 전분 분자와 석고 결정 간의 정렬을 위한 전분 분자 최적 이동이 가능하여 일부 실시태양들에서 양호한 전분 및 석고 수소결합 및 코어 강도가 촉진된다는 것을 알았다.
본 발명의 일부 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분은 또한 일부 실시태양들에서 물 요구와 관련된 이점들을 제공한다. 종래 전호화 전분을 석고 슬러리에 첨가하면 바람직한 슬러리 유동성을 유지하기 위하여 석고 슬러리에 물이 추가되어야 한다. 이는 종래 전호화 전분이 점도를 높이고 석고 슬러리의 유동성을 감소시키기 때문이다. 따라서, 종래 시스템에서 전호화 전분을 사용하면 용수량이 증가하여 석고 슬러리에 더 많은 과잉수가 요구된다.
놀랍고도 예기치 못하게, 특히 바람직한 중간-범위 점도를 가지는 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분은, 물을 많이 요구하지 않아 특히 종래 전분과 비교할 때 석고 슬러리에서 용수량 영향이 감소한다. 또한, 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분의 효율성로 인하여, 전분이 적게 사용되고, 본 발명의 일부 실시태양들에 의하면 용수량에 대한 긍정적 영향이 더욱 커진다. 이러한 더욱 낮은 용수량으로 제조 과정에서 상당한 효율성을 제공한다. 예를들면, 과잉수는 건조 에너지 주입이 필요하다. 건조 작업을 위하여 라인 속도는 느려진다. 따라서, 석고 슬러리에 물 로딩량을 줄임으로써, 에너지 자원 및 비교이 덜 들고, 생산 속도는 빨라진다. 일부 실시태양들에서, 석고 슬러리에서 용수량 증가는 예를들면, 상이한 방법으로 제조되는 기타 전분 예컨대 점도 700 센티포아즈 (예를들면, 약 773 센티포아즈) 이상의 전호화 전분에 의해 요구되는 용수량 증가보다 적다.
전호화, 부분 가수분해화 전분 제조에 있어서 압출기에서 충분히 전호화 및 산-개질화 된다면 임의의 적합한 비-전호화 전분이 선택될 수 있다. 본원에서 사용되는, “전분”이란 전분 성분을 포함하는 조성물을 의미한다. 따라서, 전분은 100% 순수 전분이거나 또는 전분 성분이 전분 조성물 중량 기준으로 적어도 약 75%로 구성된다면 기타 성분들 예컨대 가루에 통상 발견되는 예컨대 단백질 및 섬유을 가질 수 있다. 전분은 전분를 함유한 가루 (예를들면, 옥수수 가루), 예컨대 가루 중량의 적어도 약 75% 전분, 예를들면, 적어도 약 80%, 적어도 약 85%, 적어도 약 90%, 적어도 약 95%, 등)을 포함하는 가루 형태일 수 있다. 예시로써, 임의로 제한되지 않고, 전분은 전분 함유 옥수수 가루 형태일 수 있다.
일부 실시태양들에서, 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분은 바람직한 냉수 용해성을 가지도록 제조될 수 있다. 종래 전호화 기술로 냉수 용해성 전분을 제조되고 일반적으로 과량의 물에서 전분 조리가 필요하다. 그러나, 이들 종래 기술은 효율적이지 않다. 본 발명의 실시태양들에 의하면, 가열 및 기계적 전단이 조합되는 압출은, 놀랍고도 예기치 못하게 에너지 효율적인 방법으로 일 단계 공정에서 냉수 용해성을 가지는 낮은 함수율의 전호화, 부분 가수분해화 전분 생산에 사용될 수 있다. 냉수 용해성은 실온 (약 25°C)에서 수중 임의의 용해 함량으로 정의된다. 냉수 용해성을 보이는 전분은 석고 제품 (예를들면, 벽판) 강도에 상당한 유익을 제공한다는 것을 알았다. 본 발명의 냉수 용해성 전분의 냉수 용해성은 약 30% 이상이고, 경화 석고 코어에 첨가되면, 석고 코어 강도를 높인다. 전호화 전분의 수중 용해도는 실온 물에 녹은 전분 함량을 총 전분 함량으로 나누어 구한다.
일부 실시태양들에서, 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분의 냉수 용해도는 약 30% 내지 약 100%이다. 다른 실시태양들에서, 압출된 전호화, 부분 가수분해화 전분의 냉수 용해도는 약 50% 내지 약 100%이다. 본 발명의 실시태양들에서, 압출된 전호화, 부분 가수분해화 전분의 냉수 용해도는, 예를들면, 표 2에 나열된 바와 같다. 표에서, “X”는 “약 [상단 열 해당 값] 내지 약 [최 좌측 열 해당 값]” 범위를 나타낸다. 표기 값은 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 압출된 전호화, 부분 가수분해화 전분의 냉수 용해도를 나타낸다 (표 2). 쉽게 제시하기 위하여, 각각의 값은 “약” 해당 값을 나타낸다고 이해하여야 한다. 예를들면, 표 2에서 제1 “X”는 “약 30% 내지 약 35%” 범위이다. 표의 범위는 개시 및 끝점을 포함하는 이들 사이이다.
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임의의 특정 이론에 구속될 의도는 아니지만, 압출 과정에서 기계적 및 열적 에너지의 조합은 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분의 냉수 용해성의 이유로 판단된다. 전분이 압출될 때, 전분 분자 사이 수소 결합이 끊어진다고 판단된다. 압출된 전분이 물에 용해될 때, 전분은 물 분자와 수소 결합을 형성한다. 전호화 공정 후, 압출된 전호화, 부분 가수분해화 전분 분자는 석고 결정과의 수소-결합이 자유롭고, 따라서 석고 제품에 더 높은 강도를 부여한다. 따라서, 냉수 용해성을 보이는 전분은 석고 벽판 강도를 개선시키므로, 종래 전분과 대비하여 전분이 덜 필요하다.
일부 실시태양들에서, 전호화, 부분 가수분해화 전분의 냉수 점도 (10% 고체, 25℃)는 본원에 기재된 브라밴더 방법에 따라 측정될 때 약 10 BU 내지 약 120 BU, 예를들면, 약 20 BU 내지 약 110 BU, 약 30 BU 내지 약 100 BU, 약 40 BU 내지 약 90 BU, 약 50 BU 내지 약 80 BU, 또는 약 60 BU 내지 약 70 BU이다.
판 제조에서 본 방법에 의해 제조되는 전분 이용
일부 실시태양들에서, 적어도 물, 비-전호화 전분, 및 산을 혼합하여 함수율 약 8 wt.% 내지 약 25 wt.%의 습식 전분 전구체를 형성하되, 산은: 실질적으로 칼슘 이온 킬레이트화를 방지하는 약산, 전분 중량 기준으로 약 0.01 wt.% 이하의 강산, 또는 임의의 이들 조합에서 선택하여, 전호화, 부분 가수분해화 전분을 형성함으로써 판 (예를들면, 석고 벽판)을 제조할 수 있다.
이어 습식 전분 전구체를 다이 온도 약 150℃ (약 300℉) 내지 약 210℃ (약 410℉)의 압출기에 공급하고 여기에서 습식 전분은 전호화 및 산-개질화, 즉 적어도 부분 가수분해화 된다. 이어 전호화, 부분 가수분해화 전분을 적어도 물 및 스투코와 혼합하여 슬러리를 형성하고, 이어 제1 커버 시트 및 제2 커버 시트 사이에 배치하여 습식 조립체를 형성한다. 이어 습식 조립체를 판으로 절단하고, 이어 건조한다. 바람직하게는, 판의 경화 석고 코어의 압축 강도는 상이한 방법으로 제조되는 전분으로 제작되는 경화 석고 코어보다 크다.
본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분은 놀랍고도 예기치 못하게 슬러리에 비교적 소량으로 포함되고 (고체/고체 기준), 판에서 상당한 강도 개선이 달성된다. 따라서, 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분은 석고 슬러리에 스투코 중량 기준으로 약 0.1% 내지 약 10중량%, 예를들면, 약 0.5% 내지 약 10% 포함된다.
일부 실시태양들에서 전분이 더욱 포함되어도 강도 수준은 어느 정도 평탄 수준에 이르므로 슬러리에 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분 함량을 이들 범위 외로 증가시켜도 강도는 효과적으로 개선되지 않는다는 것을 알았다. 그러나, 강도에 대한 수량 점감이 허용되는 것이 특히 바람직하다면 더욱 높은 전분 정량이 적용될 수 있다.
본 발명의 실시태양들에서, 전호화, 부분 가수분해화 전분은 석고 슬러리에, 예를들면, 하기 표 3A 및 3B에 나열된 함량으로 첨가될 수 있다. 표에서, “X”는 “약 [상단 열 해당 값] 내지 약 [최 좌측 열 해당 값]” 범위를 나타낸다. 표기 값은 스투코 중량 기준으로 백분율의 전분 함량을 나타낸다. 쉽게 제시하기 위하여, 각각의 값은 “약” 해당 값을 나타낸다고 이해하여야 한다. 예를들면, 표 2에서 제1 “X”는 “스투코 중량 기준으로 약 0.1% 전분, 내지 스투코 중량 기준으로 약 0.25% 전분” 범위이다.
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따라서, 슬러리에 첨가되는 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분 함량은 표 3A 또는 3B에 제시되는 임의의 상기 끝점들을 포함하여 이들 사이의 범위를 가질 수 있다.
본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분은, 일부 실시태양들에서 다양한 적용을 위한 기타 전분과 함께 슬러리에 첨가될 수 있다. 예를들면, 하기와 같이 석고 벽판의 경우, 특히 일부 용수량 증가가 허용된다면 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분은 다른 전분과 함께 조합되어 코어 강도 및 페이퍼-코어 결합 모두를 개선시킨다.
따라서, 본 발명의 일부 실시태양들에서, 석고 슬러리는 하나 이상의 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분, 및 하나 이상의 기타 유형의전분을 포함한다. 기타 전분은, 예를들면, 점도 20 센티포아즈 이하 및/또는 700 센티포아즈 이상의 전호화 전분을 포함한다. 일 실시예는 전호화 옥수수 전분이다 (예를들면, 점도는 700 센티포아즈 이상 예컨대 약 773 센티포아즈). 기타 전분은 또한, 예를들면, 비-전호화 전분, 예컨대 호화되지 않은 산-개질화 전분, 및 알킬화 전분, 예를들면, 에틸화 전분, 등의 형태일 수 있다. 전분 조합물이 예비-혼합되고 (예를들면, 건식 믹스로, 임의선택적으로 기타 성분들 예컨대 스투코, 등과 함께, 또는 기타 습식 성분들과 함께 습식 믹스로) 이어 석고 슬러리에 첨가되거나, 또는 한번에 석고 슬러리에 첨가되거나, 또는 임의의 이들 변형으로 포함될 수 있다. 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분 및 기타 전분의 임의의 적합한 비율이 포함된다.
예를들면, 석고 슬러리에 첨가되는 전분 총 함량의 백분율로서 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분의 함량은, 예를들면, 적어도 약 10중량%, 예컨대 적어도 약 20%, 적어도 약 30%, 적어도 약 40%, 적어도 약 50%, 적어도 약 60%, 적어도 약 70%, 적어도 약 80%, 적어도 약 90%, 적어도 약 95%, 적어도 약 99%, 적어도 약 100%, 또는 임의의 이들 간 범위일 수 있다). 일부 실시태양들에서, 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분 대 기타 전분의 비율은 약 25:75, 약 30:70, 약 35:65, 약 50:50, 약 65:35, 약 70:30, 약 75:25, 등일 수 있다.
전분 성분 외에도, 일부 실시태양들에서 슬러리는 물, 스투코, 발포제 (때로 간단히 “기포”라고 칭함), 및 기타 바람직한 첨가제를 포함하도록 조제된다. 놀랍고도 예기치 못하게, 일부 실시태양들에 의하면, 특히 중간-범위 점도를 보이는 것은, 본 발명의 실시태양들에 따라 압출기에서 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분 부재에서와 동일한 수준으로 슬러리 유동성을 유지하기 위하여 첨가될 필요가 있는 수량은, 상이한 방법에 따라 제조되는 전분을 이용할 때 필요한 수량 증가보다 적다는 것을 알았다. 스투코는 황산칼슘 알파 반수화물, 황산칼슘 베타 반수화물, 및/또는 황산칼슘 무수화물 형태일 수 있다. 스투코는 섬유상 또는 비-섬유상일 수 있다. 발포제가 포함되어 경화 석고의 연속 결정질 기질 내부에 기포 분포를 형성한다. 일부 실시태양들에서, 발포제는 주 용량으로 불안정한 성분 및 부 용량으로 안정한 성분 (예를들면, 불안정한 성분 및 안정한/불안정한 성분들의 혼합물이 조합)을 포함한다. 불안정한 성분 대 안정한 성분의 중량비는 경화 석고 코어에 기포 공극 분포를 형성하기에 효과적이다. 참고, 예를들면, 미국특허 5,643,510; 6,342,284; 및 6,632,550.
특히 더욱 낮은 밀도 판 (예를들면, 약 35 pcf 이하)에서적합한 공극 분포 및 벽 두께는 (독립적으로) 강도 개선에 효과적이라는 것을 알았다. 참고, 예를들면, US 2007/0048490 및 US 2008/0090068. 일반적으로 직경 약 5 μm 이하의 공극을 가지는 증발성 물 공극은, 상기 공기 (거품) 공극과 함께 총 공극 분포에 더욱 기여한다. 일부 실시태양들에서, 공극 크기 약 5 미크론 이상의 공극 대 공극 크기 약 5 미크론 이하의 공극의 부피비는, 약 0.5:1 내지 약 9:1, 예컨대, 예를들면, 약 0.7:1 내지 약 9:1, 약 0.8:1 내지 약 9:1, 약 1.4:1 내지 약 9:1, 약 1.8:1 내지 약 9:1, 약 2.3:1 내지 약 9:1, 약 0.7:1 내지 약 6:1, 약 1.4:1 내지 약 6:1, 약 1.8:1 내지 약 6:1, 약 0.7:1 내지 약 4:1, 약 1.4:1 내지 약 4:1, 약 1.8:1 내지 약 4:1, 약 0.5:1 내지 약 2.3:1, 약 0.7:1 내지 약 2.3:1, 약 0.8:1 내지 약 2.3:1, 약 1.4:1 내지 약 2.3:1, 약 1.8:1 내지 약 2.3:1, 등이다. 일부 실시태양들에서, 발포제는 슬러리에, 예를들면, 스투코의 약 0.5중량% 미만 예컨대 스투코 중량 기준으로 약 0.01% 내지 약 0.5%, 약 0.01% 내지 약 0.4%, 약 0.01% 내지 약 0.3%, 약 0.01% 내지 약 0.2%, 약 0.01% 내지 약 0.1%, 약 0.02% 내지 약 0.4%, 약 0.02% 내지 약 0.3%, 약 0.02% 내지 약 0.2%, 등으로 존재한다.
첨가제 예컨대 촉진제 (예를들면, 습식 석이고 촉진제, 내열 촉진제, 내후 촉진제) 및 지연제가 알려져 있고 일부 실시태양들에서 포함된다. 참고, 예를들면, 미국특허 3,573,947 및 6,409,825. where 촉진제 및/또는 지연제가 포함되는 일부 실시태양들에서, 촉진제 및/또는 지연제 각각은 석고 슬러리에 고체 기준으로, 예를들면, 스투코의 약 0% 내지 약 10중량% (예를들면, 약 0.1% 내지 약 10%), 예컨대, 예를들면, 스투코의 약 0% 내지 약 5중량% (예를들면, 약 0.1% 내지 약 5%)로 존재할 수 있다. 예를들면, 강도를 부여하여 충분한 강도를 가지는 더욱 저중량의 제품을 제조하고, 영구 변형을 피하고, 예를들면, 제품이 제조 라인 하류로 이송되는 컨베이어에서 경화될 때 그린 (green) 강도를 촉진하고, 내화성을 촉진하고, 내수성을 촉진하기 위한 등의 기타 바람직한 첨가제가 포함될 수 있다.
예를들면, 일부 실시태양들에서 유동성을 개선하기 위하여 슬러리는 임의선택적으로 적어도 하나의 분산제를 포함한다. 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분 및 기타 성분들과 같이, 분산제는 기타 건식 성분들과 건식 형태로 및/또는 코어 슬러리 중의 기타 액체 성분들과 액체 형태로 포함될 수 있다. 분산제 예시로는 나프탈렌술포네이트, 예컨대 나프탈렌술폰산 및 포름알데히드의 축합 생성물인 폴리나프탈렌술폰산 및 이의 염 (폴리나프탈렌술포네이트) 및 유도체; 및 폴리카르복실레이트 분산제, 예컨대 폴리카르복실 에테르, 예를들면, PCE211, PCE111, 1641, 1641F, 또는 PCE 2641-Type 분산제, 예를들면, MELFLUX 2641F, MELFLUX 2651F, MELFLUX 1641F, MELFLUX 2500L 분산제 (BASF), 및 Coatex, Inc. 에서 입수되는 COATEX Ethacryl M; 및/또는 리그노술포네이트 또는 술폰화 리그닌을 포함한다. 리그노술포네이트는 아황산 펄프화를 통한 목재 펄프의 부산물인 수용성 음이온성 고분자 전해질이다. 본 발명의 실시태양들 원리 구현에 유용한 리그닌의 일 실시예는 Reed Lignin Inc. 에서 입수되는 Marasperse C-21이다.
더욱 저 분자량의 분산제가 일반적으로 바람직하다. 더욱 높은 점도, 더욱 높은 분자량의 분산제보다 더욱 낮은 용수량 경향으로 인하여 더욱 낮은 분자량의 나프탈렌술포네이트 분산제가 바람직하다. 따라서, 분자량 약 3,000 내지 약 10,000 (예를들면, 약 8,000 내지 약 10,000)이 바람직하다. 또 다른 예시로서, PCE211 타입의 분산제에 있어서, 일부 실시태양들에서, 분자량은 약 20,000 내지 약 60,000이고, 분자량 60,000 이상인 분산제보다 덜 지연시킨다.
나프탈렌술포네이트의 일 실시예는 GEO Specialty Chemicals에서 입수되는 DILOFLO이다. DILOFLO는 45% 나프탈렌술포네이트 수용액이지만, 기타 수용액, 예를들면, 약 35% 내지 약 55중량% 고형분 역시 쉽게 가용된다. 나프탈렌술포네이트는 건식 고체 또는 분말 형태, 예컨대, GEO Specialty Chemicals에서 입수되는 LOMAR D로 사용될 수 있다. 또 다른 예시적 나프탈렌술포네이트는 Hampshire Chemical Corp. 에서 입수되는 DAXAD이다.
포함된다면, 분산제는 임의의 적합한 (고체/고체) 함량, 예컨대, 예를들면, 스투코 중량 기준으로 약 0.1% 내지 약 5중량%, 예를들면, 약 0.1% 내지 약 4%, 약 0.1% 내지 약 3%, 약 0.2% 내지 약 3%, 약 0.5% 내지 약 3%, 약 0.5% 내지 약 2.5%, 약 0.5% 내지 약 2%, 약 0.5% 내지 약 1.5%, 등으로 포함된다.
일부 실시태양들에서, 바람직하다면, 또한 하나 이상의 포스페이트-함유 화합물이 임의선택적으로 슬러리에 포함될 수 있다. 예를들면, 일부 실시태양들에서 유용한 포스페이트-함유 성분들은 수용성 성분들을 포함하고 이온, 염 또는 산, 즉, 축합 인산, 이들 각각은 2 이상의 인산 단위를 포함하고; 축합 인산염의 염 또는 이온, 이들 각각은 2 이상의 인산염 단위를 포함하고; 및 오르토인산염의 일염기성 염 또는 1가 이온 및 수용성 비환형 폴리인산염 형태일 수 있다. 참고, 예를들면, 미국특허 6,342,284; 6,632,550; 6,815,049; 및 6,822,033.
일부 실시태양들에서 포스페이트 조성물이 첨가되면 그린 강도, 영구 변형 (예를들면, 처짐 (sag)) 저항성, 치수 안정성, 등을 개선시킨다. 예를들면, 삼메타인산나트륨, 삼메타인산칼륨, 삼메타인산리튬, 및 삼메타인산암모늄을 포함한 삼메타인산염 화합물이 사용될 수 있다. 삼메타인산나트륨 (STMP)이 바람직하지만, 예를들면 약 6 내지 약 27 개의 반복 포스페이트 단위를 가지고 식 중 n=6-27인 분사식 Nan+2PnO3n+1 를 가지는 사메타인산나트륨, 육메타인산나트륨, 분자식 K4P2O7을 가지는피로인산4칼륨, 분자식 Na3K2P3O10을 가지는 트리폴리인산3나트륨 2 칼륨, 분자식 Na5P3O10을 가지는 폴리폴리인산나트륨, 분자식 Na4P2O7 을 가지는 피로인산4나트륨, 분자식 Al(PO3)3 을 가지는 삼메타인산알루미늄, 분자식 Na2H2P2O7 을 가지는 피로인산나트륨산, 1,000-3,000 반복 포스페이트 단위를 가지고 식 중 n=1,000-3,000인 분자식 (NH4)n+2PnO3n+1 을 가지는 폴리인산암모늄,또는2 이상 반복 인산 단위를 가지고 having 식 중 n은 2 이상인 분자식 Hn+2PnO3n+1 을 가지는 폴리인산을 포함한 기타 포스페이트도 적합할 수 있다.
포스페이트는 일부 실시태양들에서 건식 형태 또는 수용액 형태 (예를들면, 약 5% 내지 약 20%, 예컨대 약 10% 포스페이트 용액)로 포함된다. 포함된다면, 포스페이트는 임의의 적합한 함량 (고체/고체 기준), 예컨대 스투코 중량 기준으로 약 0.01% 내지 약 0.5중량%, 예를들면, 스투코 중량 기준으로 약 0.03% 내지 약 0.4%, 약 0.1% 내지 약 0.3%, 또는 약 0.12% 내지 약 0.4중량%로 존재할 수 있다.
또한 예를들면, 실록산 (내수성); 섬유; 방열 첨가제 예컨대 삼수산화알루미늄 (ATH), 수산화마그네슘 또는 기타 등; 및/또는 고 팽창 입자 (예를들면, 약 1 시간 1560℉에서 가열될 때 본래 체적의 약 300% 이상 팽창)를 포함한 내화 및/또는 내수 제품에 적합한 첨가제가 임의선택적으로 포함된다. 참고, 예를들면, 이들 및 기타 성분에 대한 설명에 대하여는 동시-계속중인, 공동 양수된 미국 출원 번호 13/400,010 (2012.2.17자 출원). 일부 실시태양들에서, 고 팽창 질석이 포함되지만, although 기타 내화 재료가 포함될 수 있다. 본 발명에 의한 일부 내화 제품 판의 차열지수 (TI)는 약 17 분 이상, 예를들면, 약 20 분 이상, 약 30 분 이상, 약 45 분 이상, 약 60 분 이상, 등; 및/또는 고온 수축도 (약 1560℉ (850 °C))는 x-y 방향에서 약 10% 미만 및 z-방향 팽창은 약 20% 이상이다. 내화 또는 내수성 첨가제는 예를들면, 내화 등급 등에 따라 바람직한 임의의 적합한 함량이 포함된다. 예를들면, 포함된다면, 내화 또는 내수성 첨가제는 스투코의 약 0.5% 내지 약 10중량%, 예컨대 스투코의 약 1% 내지 약 10%, 약 1% 내지 약 8%, 약 2% 내지 약 10%, 약 2% 내지 약 8중량% 등으로 존재한다.
포함된다면, 일부 실시태양들에서, 실록산은 바람직하게는 유화액 형태로 첨가된다. 이어 슬러리가 형상화되고 실록산 중합을 촉진하여 고도로 가교된 실리콘 수지를 형성할 수 있는 조건들에서 건조된다. 실록산 중합을 촉진하여 고도로 가교된 실리콘 수지를 형성할 수 있는 촉매가 석고 슬러리에 첨가된다. 일부 실시태양들에서, Wacker-Chemie GmbH (Munich, Germany)에서 SILRES BS 94 명칭으로 판매되는 무용제 메틸 수소 실록산 유체가 실록산으로서 사용된다. 본 제품은 물과 용제를 포함하지 않는 실록산 유체이다. 일부 실시태양들에서 건식 성분들 중량 기준으로 약 0.3% 내지 약 1.0%의 BS 94 실록산이 사용된다. 예를들면, 일부 실시태양들에서, 건식 스투코 중량 기준으로 약 0.4% 내지 약 0.8%의 실록산을 사용하는 것이 바람직하다.
슬러리 제제 (formulation)는 임의의 적합한 물/스투코 비율, 예를들면, 약 0.4 내지 약 1.3로 제조된다. 그러나, 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분은, 기타 전분 (예를들면, 상이한 방법으로 제조되는 종래 전호화 전분)과 비교할 때, 슬러리에 첨가되어야 하는 물 함량을 줄이므로, 슬러리는 일부 실시태양들에서 특히 낮은 중량/밀도에서 기타 전분-함유 석고 슬러리에 통상적인 것보다 더욱 낮은 물/스투코 비율로 조제된다. 예를들면, 일부 실시태양들에서, 물/스투코 비율은 약 0.4 내지 약 1.1, 약 0.4 내지 약 0.9, 약 0.4 내지 약 0.85, 약 0.45 내지 약 0.85, 약 0.55 내지 약 0.85, 약 0.55 내지 약 0.8, 약 0.6 내지 약 0.9, 약 0.6 내지 약 0.85, 약 0.6 내지 약 0.8, 등이다.
커버 시트는 임의의 적합한 재료 및 평량으로 형성된다. 바람직하게는, 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분을 포함하는 슬러리로부터 형성되는 판 코어는 일부 실시태양들에서 더욱 낮은 평량 커버 시트 예컨대, 예를들면, 45 lbs/MSF 미만 (예를들면, 약 33 lbs/MSF 내지 45 lbs/MSF) 더욱 낮은 중량 판 (예를들면, 밀도가 약 35 pcf 이하)에서도 충분한 판 강도를 제공한다. 그러나, 바람직하다면, 일부 실시태양들에서, 예를들면, 못 인발 저항을 더욱 개선하거나 또는 취급성을 개선하기 위하여, 예를들면, 최종 사용자에 대한 바람직한 “필 (feel)” 특성이 가능하도록 더욱 무거운 평량이 적용된다.
일부 실시태양들에서, 특히 더욱 저밀도 판에 있어서 강도 (예를들면, 못 인발 강도)를 개선하기 위하여, 한쪽 또는 양쪽 커버 시트는 페이퍼로 형성되고 평량은, 예를들면, 적어도 약 45 lbs/MSF (예를들면, 약 45 lbs/MSF 내지 약 65 lbs/MSF, 약 45 lbs/MSF 내지 약 60 lbs/MSF, 약 45 lbs/MSF 내지 약 55 lbs/MSF, 약 50 lbs/MSF 내지 약 65 lbs/MSF, 약 50 lbs/MSF 내지 약 60 lbs/MSF, 등)이다. 바람직한, 일부 실시태양들에서, 한쪽 커버 시트 (예를들면, 설치될 때 “정면” 페이퍼 측)는 상기 더 높은 평량을 가지고, 예를들면, 못 인발 저항 및 취급성이 개선되고, while 다른 커버 시트 (예를들면, 판이 설치될 때 “배면” 시트)는 바람직하다면 어느 정도 더욱 낮은 평량을 가진다 (예를들면, 평량 약 45 lbs/MSF 미만, 예를들면, 약 33 lbs/MSF 내지 약 45 lbs/MSF 또는 약 33 lbs/MSF 내지 약 40 lbs/MSF).
판 중량은 두께의 함수이다. 판은 통상 다른 두께로 제작되므로, 본원에서 판 밀도가 판 중량 측정치로 사용된다. 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분의 이점들은 다양한 판 밀도에 걸쳐, 예를들면, 약 40 pcf 이하, 예컨대 약 20 pcf 내지 약 40 pcf, 약 24 pcf 내지 약 37 pcf, 등에서 구현된다. 그러나, 바람직한 본 발명의 실시태양들은 더욱 저밀도에서 특히 유용하고 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분에 의해 제공되는 강도는 바람직하게는 상이한 방법으로 제조되는 기타 전분으로 제작되는 판보다 양호한 강도 및 더욱 낮은 용수량의 더욱 낮은 중량 판으로 사용될 수 있다.
예를들면, 일부 실시태양들에서, 판 밀도는 약 20 pcf 내지 약 35 pcf, 예를들면, 약 20 pcf 내지 약 34 pcf, 약 20 pcf 내지 약 33 pcf, 약 20 pcf 내지 약 32 pcf, 약 20 pcf 내지 약 31 pcf, 약 20 pcf 내지 약 30 pcf, 약 20 pcf 내지 약 29 pcf, 약 21 pcf 내지 약 35 pcf, 약 21 pcf 내지 약 34 pcf, 약 21 pcf 내지 약 33 pcf, 약 21 pcf 내지 약 32 pcf, 약 21 pcf 내지 약 31 pcf, 약 21 pcf 내지 약 30 pcf, 약 21 pcf 내지 약 29 pcf, 약 24 pcf 내지 약 35 pcf, 약 24 pcf 내지 약 34 pcf, 약 24 pcf 내지 약 33 pcf, 약 24 pcf 내지 약 32 pcf, 약 24 pcf 내지 약 31 pcf, 약 24 pcf 내지 약 30 pcf, 또는 약 24 pcf 내지 약 29 pcf이다.
본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분은 슬러리에 첨가되어 발명에 의한 제품에 강도를 개선하고, 이는 특히 더욱 낮은 중량/밀도에서 유익하다. 예를들면, 일부 실시태양들에서, 본 발명의 실시태양들에 의해 제작되는 판의 압축 강도는 실시예 4에 제시된 방법에 따라 시험될 때 밀도 29 pcf에서 적어도 약 400 psi (2,750 kPa)이다. 바람직하게는, 다양한 실시태양들에서 본원에 기재된 바와 같이 다양한 판 밀도에서, 본 방법에 의해 생산되는 판은 적어도 약 400 psi, 예를들면, 적어도 약 450 psi (3,100 kPa), 적어도 약 500 psi (3,450 kPa), 적어도 약 550 psi (3,800 kPa), 적어도 약 600 psi (4,100 kPa), 적어도 약 650 psi (4,500 kPa), 적어도 약 700 psi (4,800 kPa), 적어도 약 750 psi (5,200 kPa), 적어도 약 800 psi (5,500 kPa), 적어도 약 850 psi (5,850 kPa), 적어도 약 900 psi (6,200 kPa), 적어도 약 950 psi (6,550 kPa), 또는 적어도 약 1,000 psi (6,900 kPa)의 압축 강도를 가지도록 제조된다. 또한, 일부 실시태양들에서, 압축 강도는 임의의 상기 2 점들에 의해 범위가 설정될 수 있다. 예를들면, 압축 강도는 약 450 psi 내지 약 1,000 psi (예를들면, 약 500 psi 내지 약 900 psi, 약 600 psi 내지 약 800 psi, 등)일 수 있다.
일부 실시태양들에서, 본 발명에 의해 제조된 판은 ASTM 표준 C473-10에 따른 시험 프로토콜을 충족한다. 예를들면, 일부 실시태양들에서, 판이 두께 1/2 인치로 주조되면, 판의 못 인발 저항은 ASTM C473-10에 따를 때 적어도 약 65 lb, 예를들면, 적어도 약 68 lb, 적어도 약 70 lb, 적어도 약 72 lb, 적어도 약 75 lb, 적어도 약 77 lb, 등이다. 다양한 실시태양들에서, 못 인발 저항은 약 68 lb 내지 약 100 lb, 예를들면, 약 68 lb 내지 약 95 lb, 약 68 lb 내지 약 90 lb, 약 68 lb 내지 약 85 lb, 약 68 lb 내지 약 80 lb, 약 68 lb 내지 약 77 lb, 약 68 lb 내지 약 75 lb, 약 68 lb 내지 약 72 lb, 약 68 lb 내지 약 70 lb, 약 70 lb 내지 약 100 lb, 약 70 lb 내지 약 95 lb, 약 70 lb 내지 약 90 lb, 약 70 lb 내지 약 85 lb, 약 70 lb 내지 약 80 lb, 약 70 lb 내지 약 77 lb, 약 70 lb 내지 약 75 lb, 약 70 lb 내지 약 72 lb, 약 72 lb 내지 약 100 lb, 약 72 lb 내지 약 95 lb, 약 72 lb 내지 약 90 lb, 약 72 lb 내지 약 85 lb, 약 72 lb 내지 약 80 lb, 약 72 lb 내지 약 77 lb, 약 72 lb 내지 약 75 lb, 약 75 lb 내지 약 100 lb, 약 75 lb 내지 약 95 lb, 약 75 lb 내지 약 90 lb, 약 75 lb 내지 약 85 lb, 약 75 lb 내지 약 80 lb, 약 75 lb 내지 약 77 lb, 약 77 lb 내지 약 100 lb, 약 77 lb 내지 약 95 lb, 약 77 lb 내지 약 90 lb, 약 77 lb 내지 약 85 lb, 또는 약 77 lb 내지 약 80 lb이다.
굽힘 강도에 있어서, 일부 실시태양들에서, 판이 1/2 인치 두께로 캐스트될 때, 판의 굽힘 강도는 ASTM 표준 C473에 따르면 기계 방향에서 적어도 약 36 lb (예를들면, 적어도 약 38 lb, 적어도 약 40 lb, 등) 및/또는 교차-기계 방향에서 적어도 약 107 lb (예를들면, 적어도 약 110 lb, 적어도 약 112 lb, 등)이다. 다양한 실시태양들에서, 판의 기계 방향에서의 굽힘 강도는 약 36 lb 내지 약 60 lb, 예를들면, 약 36 lb 내지 약 55 lb, 약 36 lb 내지 약 50 lb, 약 36 lb 내지 약 45 lb, 약 36 lb 내지 약 40 lb, 약 36 lb 내지 약 38 lb, 약 38 lb 내지 약 60 lb, 약 38 lb 내지 약 55 lb, 약 38 lb 내지 약 50 lb, 약 38 lb 내지 약 45 lb, 약 38 lb 내지 약 40 lb, 약 40 lb 내지 약 60 lb, 약 40 lb 내지 약 55 lb, 약 40 lb 내지 약 50 lb, 또는 약 40 lb 내지 약 45 lb이다. 다양한 실시태양들에서, 판의 교차-기계 방향에서의 굽힘 강도는 약 107 lb 내지 약 130 lb, 예를들면, 약 107 lb 내지 약 125 lb, 약 107 lb 내지 약 120 lb, 약 107 lb 내지 약 115 lb, 약 107 lb 내지 약 112 lb, 약 107 lb 내지 약 110 lb, 약 110 lb 내지 약 130 lb, 약 110 lb 내지 약 125 lb, 약 110 lb 내지 약 120 lb, 약 110 lb 내지 약 115 lb, 약 110 lb 내지 약 112 lb, 약 112 lb 내지 약 130 lb, 약 112 lb 내지 약 125 lb, 약 112 lb 내지 약 120 lb, 또는 약 112 lb 내지 약 115 lb이다.
또한, 일부 실시태양들에서, 판의 평균 코어 경도는 ASTM C473-10에 따를 때 적어도 약 11 lb, 예를들면, 적어도 약 12 lb, 적어도 약 13 lb, 적어도 약 14 lb, 적어도 약 15 lb, 적어도 약 16 lb, 적어도 약 17 lb, 적어도 약 18 lb, 적어도 약 19 lb, 적어도 약 20 lb, 적어도 약 21 lb, 또는 적어도 약 22 lb이다. 일부 실시태양들에서, 판의 코어 경도는 약 11 lb 내지 약 25 lb, 예를들면, 약 11 lb 내지 약 22 lb, 약 11 lb 내지 약 21 lb, 약 11 lb 내지 약 20 lb, 약 11 lb 내지 약 19 lb, 약 11 lb 내지 약 18 lb, 약 11 lb 내지 약 17 lb, 약 11 lb 내지 약 16 lb, 약 11 lb 내지 약 15 lb, 약 11 lb 내지 약 14 lb, 약 11 lb 내지 약 13 lb, 약 11 lb 내지 약 12 lb, 약 12 lb 내지 약 25 lb, 약 12 lb 내지 약 22 lb, 약 12 lb 내지 약 21 lb, 약 12 lb 내지 약 20 lb, 약 12 lb 내지 약 19 lb, 약 12 lb 내지 약 18 lb, 약 12 lb 내지 약 17 lb, 약 12 lb 내지 약 16 lb, 약 12 lb 내지 약 15 lb, 약 12 lb 내지 약 14 lb, 약 12 lb 내지 약 13 lb, 약 13 lb 내지 약 25 lb, 약 13 lb 내지 약 22 lb, 약 13 lb 내지 약 21 lb, 약 13 lb 내지 약 20 lb, 약 13 lb 내지 약 19 lb, 약 13 lb 내지 약 18 lb, 약 13 lb 내지 약 17 lb, 약 13 lb 내지 약 16 lb, 약 13 lb 내지 약 15 lb, 약 13 lb 내지 약 14 lb, 약 14 lb 내지 약 25 lb, 약 14 lb 내지 약 22 lb, 약 14 lb 내지 약 21 lb, 약 14 lb 내지 약 20 lb, 약 14 lb 내지 약 19 lb, 약 14 lb 내지 약 18 lb, 약 14 lb 내지 약 17 lb, 약 14 lb 내지 약 16 lb, 약 14 lb 내지 약 15 lb, 약 15 lb 내지 약 25 lb, 약 15 lb 내지 약 22 lb, 약 15 lb 내지 약 21 lb, 약 15 lb 내지 약 20 lb, 약 15 lb 내지 약 19 lb, 약 15 lb 내지 약 18 lb, 약 15 lb 내지 약 17 lb, 약 15 lb 내지 약 16 lb, 약 16 lb 내지 약 25 lb, 약 16 lb 내지 약 22 lb, 약 16 lb 내지 약 21 lb, 약 16 lb 내지 약 20 lb, 약 16 lb 내지 약 19 lb, 약 16 lb 내지 약 18 lb, 약 16 lb 내지 약 17 lb, 약 17 lb 내지 약 25 lb, 약 17 lb 내지 약 22 lb, 약 17 lb 내지 약 21 lb, 약 17 lb 내지 약 20 lb, 약 17 lb 내지 약 19 lb, 약 17 lb 내지 약 18 lb, 약 18 lb 내지 약 25 lb, 약 18 lb 내지 약 22 lb, 약 18 lb 내지 약 21 lb, 약 18 lb 내지 약 20 lb, 약 18 lb 내지 약 19 lb, 약 19 lb 내지 약 25 lb, 약 19 lb 내지 약 22 lb, 약 19 lb 내지 약 21 lb, 약 19 lb 내지 약 20 lb, 약 21 lb 내지 약 25 lb, 약 21 lb 내지 약 22 lb, 또는 약 22 lb 내지 약 25 lb이다.
본 발명의 일부 실시태양들에 이르는 적어도 부분적으로 중간-범위 점도 특성으로 인하여, 이들 표준 (예를들면, 못 인발 저항, 굽힘 강도, 및 코어 경도)은 본원에 기재된 바와 같이 심지어 초 경량 밀도 판 (예를들면, 약 31 pcf 이하)에서도 충족된다.
또한 발명자들은 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분은 상이한 방법으로 제조되는 종래 전호화 전분과 비교할 때 동등하거나 초과하는 온도 상승 세트 (TRS) 수화 속도를 보인다는 것을 알았다. 바람직한 경화 (setting) 시간은 조성에 따라 달라지고, 바람직한 경화 시간은 공장 조건들 및 가용 원료에 따라 당업자에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 실시태양들에 의한 제품은 전형적인 제조 라인에서 제조될 수 있다. 예를들면, 판 제조 기술은, 예를들면, 미국특허 7,364,676 및 미국 특허 출원 공개 2010/0247937에 기술된다. 간단히, 석고 판의 경우, 공정은 전형적으로 커버 시트를 이동 컨베이어에 전개하는 것을 포함한다. 석고 판은 통상 "정면 하향"으로 형성되므로, 이러한 실시태양들에서 본 커버 시트는 "정면" 커버 시트이다.
석고 슬러리의 건식 및/또는 습식 성분들은 혼합기 (예를들면, 핀 혼합기)에 공급되고, 여기에서 교반되어 석고 슬러리가 형성된다. 혼합기는 본체 및 방출 도관 (예를들면, 본 분야에서 알려진 게이트-캐니스터-부트 배열, 또는 미국특허 6,494,609 및 6,874,930에 기술된 배열)을 포함한다. 일부 실시태양들에서, 방출 도관은 단일 공급 주입구 또는 다중 공급 주입구를 가지는 슬러리 분배기, 예컨대 미국 특허 출원 공개 2012/0168527 A1 (출원 번호 13/341,016) 및 미국 특허 출원 공개 2012/0170403 A1 (출원 번호 13/341,209)에 기술된 것을 포함하다. 이들 실시태양에서, 다중 공급 주입구를 가지는 슬러리 분배기를 사용할 때, 방출 도관은 적합한 유체 배분기, 예컨대 미국 특허 출원 공개 2012/0170403 A1에 기술된 것을 포함한다. 발포제가 혼합기의 방출 도관 (예를들면, 미국특허 5,683,635 및 6,494,609에 기술된 바와 같이 게이트에) 또는 바람직하다면 본체에 투입된다. 발포제를 포함하여 모든 성분들아 투입된 후 방출 도관에서 방출되는 슬러리는 일차 석고 슬러리이고 판 코어를 형성한다. 상기 판 코어 슬러리는 이동되는 정면 커버 시트로 방출된다.
정면 커버 시트는 비교적 진한 슬러리 층인 얇은 스킴 코트를 가질 수 있다. 또한, 본 분야에서 알려진 바와 같이 예를들면, 정면 스킴 코트를 형성하는 동일한 슬러리 스트림으로부터 하드 에지가 형성된다. 거품이 방출 도관에 투입되는 실시태양들에서, 제2 석고 슬러리 스트림이 혼합기 몸체에서 제거되어 진한 스킴 코트 슬러리를 형성하고, 이것은 이어 본 분야에서 알려진 바와 같이 정면 스킴 코트 및 하드 에지 형성에 사용된다. 포함된다면, 보통 정면 스킴 코트 및 하드 에지는 통상 혼합기 상류에서 이동되는 정면 커버 시트에 배치된 후 코어 슬러리가 배치된다. 방출 도관에서 방출된 후, 코어 슬러리는 필요하다면 정면 커버 시트 (임의선택적으로 스킴 코트 소지) 상부에 전개되고 제2 커버 시트 (전형적으로 “배면” 커버 시트)로 덮여 최종 제품의 판 전구체인 샌드위치 구조 형태로 습식 조립체를 형성한다. 제2 커버 시트는 임의선택적으로 제2 스킴 코트를 가질 수 있고, 이는 존재한다면 정면 스킴 코트와 동일한 또는 상이한 제2 (진한) 석고 슬러리로 형성될 수 있다. 커버 시트는 페이퍼, 섬유 매트 또는 기타 유형의 재료 (예를들면, 포일, 플라스틱, 유리 매트, 부직 재료 예컨대 셀룰로오스 및 무기 필러의 혼합물, 등)로 형성될 수 있다.
따라서 제공되는 습식 조립체는 성형 스테이션으로 이송되고 여기에서 제품은 바람직한 두께 (예를들면, 성형판을 통해)로 제작되고, 및 하나 이상의 나이프 섹션으로 이송되고 여기에서 바람직한 길이로 절단된다. 습식 조립체는 고화되어 경화 석고의 교합 (interlocking) 결정질 기질을 형성하고, 과잉수는 건조 공정에서 제거된다 (예를들면, 조립체가 킬른을 통과하도록 이동). 놀랍고도 예기치 못하게, 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분으로 본 발명에 의해 제조되는 판은 전분의 낮은 물 요구 특성으로 건조 공정 시간이 상당히 줄어든다는 것을 알았다. 이는 에너지 비용을 절감할 있으므로 유익하다.
또한 석고 판 제작에 있어서 적층 슬러리에서 대형 공극 또는 에어 포켓을 없애기 위하여 진동을 이용하는 것이 통상적이다. 각각 상기 단계, 및 공정과 이러한 단계 구현 장비는 본 분야에서 알려져 있다.
본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분은 다양한 제품, 예를들면, 석고 벽판, 방음 타일 (예를들면, 천장), 이음 화합물, 석고-셀룰로오스 섬유 제품, 예컨대 석고-목재 섬유 벽판, 및 기타 등 제조에 사용될 수 있다. 일부 실시태양들에서, 이러한 제품은 본 발명의 실시태양들에 의한 슬러리로부터 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시태양들에 따라 압출기에서 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분은, 본원에 기재된 바와 같이, 본 발명의 실시태양들에서의 페이퍼-대면 석고 판 외의 제품에서도 유익한 효과를 가진다. 예를들면, 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분은 판 커버 시트가 섬유 매트 형태인 매트-대면 제품 (예를들면, 직포)에서 사용될 수 있다. 매트는 임의선택적으로 마감재가 구비되어 투수성을 줄일 수 있다. 이러한 매트-대면 제품 제작에 포함되는 기타 성분들, 및 섬유성 매트용 재료 및 제작 방법은, 예를들면, 미국특허 8,070,895, 및 미국 특허 출원 공개 2009/0247937에 논의된다.
또한, 석고-셀룰로오스 제품은 셀룰로오스 호스트 입자 (예를들면, 목재 섬유), 석고, 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분, 및 바람직하다면 기타 성분들 (예를들면, 내수 첨가제 예컨대 실록산) 형태일 수 있다. 기타 성분들 및 제작 방법은, 예를들면, 미국특허 4,328,178; 4,239,716; 4,392,896; 4,645,548; 5,320,677; 5,817,262; 및 7,413,603에 논의된다.
실시태양들의 예시적 실시예들
일 실시태양에서, 전호화, 부분 가수분해화 전분 제조 방법은: (a) 적어도 물, 비-전호화 전분, 및 실질적으로 칼슘 이온 킬레이트화를 방지하는 약산을 혼합하여 함수율 약 8 wt.% 내지 약 25 wt.%의 습식 전분 전구체를 제조하는 단계; (b) 습식 전분 전구체를 압출기에 공급하는 단계; 및 (c) 습식 전분 전구체를 다이 온도 약 150℃ (약 300℉) 내지 약 210℃ (약 410℉)의 압출기에서 전호화 및 산-개질화하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시태양에서, 압출기 내부 압력은 적어도 약 2,000 psi이다.
또 다른 실시태양에서, 전호화, 부분 가수분해화 전분의 냉수 용해성은 약 50% 이상이다.
또 다른 실시태양에서, 전호화, 부분 가수분해화 전분의 냉수 점도 (10% 고체, 25℃)는 약 10 브라밴더 단위 (BU) 내지 약 120 BU이다.
또 다른 실시태양에서, 전호화, 부분 가수분해화 전분의 점도는 전분이 VMA 방법에 의한 조건들에서 측정될 때 약 20 센티포아즈 내지 약 700 센티포아즈이다.
또 다른 실시태양에서, 전호화, 부분 가수분해화 전분의 점도 (10% 고체, 93℃)는 약 5 BU 내지 약 33 BU이다.
또 다른 실시태양에서, 실질적으로 칼슘 이온 킬레이트화를 방지하는 약산은 백반을 포함한다.
또 다른 실시태양에서, 혼합 단계에서 타르타르산이 포함되어 습식 전분 전구체를 형성한다.
또 다른 실시태양에서들에서, 실질적으로 칼슘 이온 킬레이트화를 방지하는 약산은 전분 중량 기준으로 약 0.5 wt.% 내지 약 5 wt.%이다.
또 다른 실시태양에서, 습식 전분의 함수율은 전분 전구체 중량 기준으로 약 10 wt.% 내지 약 20 wt.%이다.
또 다른 실시태양에서, 전호화 및 산-개질화 단계는 압출기 내에서 다이 온도 적어도 약 175℃ (약 350℉) 내지 약 205℃ (약 400℉)에서 진행된다.
또 다른 실시태양에서, 전호화, 부분 가수분해화 전분 생산율은 압출기에서 적어도 약 100 kg/hr이다.
또 다른 실시태양에서, 전호화 및 산-개질화는 약 5 분 미만 진행된다.
또 다른 실시태양에서, 전호화 및 산-개질화는 약 1 분 미만 진행된다.
또 다른 실시태양에서, 본 방법은 전호화, 부분 가수분해화 전분에 대한 정제 단계가 부재이다.
또 다른 실시태양에서, 본 방법은 전호화, 부분 가수분해화 전분에 대한 중화 단계가 부재이다.
또 다른 실시태양에서, 전호화, 부분 가수분해화 전분은 적어도 약 70% 호화된다.
또 다른 실시태양에서, 전호화, 부분 가수분해화 전분은 본 발명의 실시태양들에 의해 제조된다.
또 다른 실시태양에서, 전호화, 부분 가수분해화 전분 제조 방법은: (a) 적어도 물, 비-전호화 전분, 및 강산을 혼합하여 함수율 약 8 wt.% 내지 약 25 wt.%의 습식 전분 전구체 제조 단계, 상기 강산 함량은 전분 중량 기준으로 약 0.05 wt.% 이하이고; (b) 습식 전분 전구체를 압출기에 공급하는 단계; 및 (c) 습식 전분을 다이 온도 약 150℃ (약 300℉) 내지 약 210℃ (약 410℉)의 압출기 내에서 전호화 및 산-개질화하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시태양에서, 전호화, 부분 가수분해화 전분 제조 방법은: (a) 적어도 물, 비-전호화 전분, 및 강산을 혼합하여 함수율 약 8 wt.% 내지 약 25 wt.%의 습식 전분 전구체 제조 단계, 상기 강산 함량은 전분 중량 기준으로 약 0.01 wt.% 이하이고; (b) 습식 전분 전구체를 압출기에 공급하는 단계; 및 (c) 습식 전분을 다이 온도 약 150℃ (약 300℉) 내지 약 210℃ (약 410℉)의 압출기 내에서 전호화 및 산-개질화하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시태양에서, 강산의 pKa 는 약 -1.7 이하이다.
또 다른 실시태양에서, 강산은 황산, 질산, 염산, 또는 임의의 이들 조합이다.
또 다른 실시태양에서, 판의 제조 방법은: (a) (i) 적어도 물, 비-전호화 전분, 및 산을 혼합하여 함수율 약 8 wt.% 내지 약 25 wt.%의 습식 전분 전구체를 제조하는 단계, 이때 산은 다음으로 이루어진 군에서 선택되고: (1) 실질적으로 칼슘 이온 킬레이트화를 방지하는 약산, (2) 전분 중량 기준으로 약 0.05 wt.% 이하의 강산, 또는 (3) 임의의 이들 조합; (ii) 습식 전분 전구체를 압출기에 공급하는 단계; 및 (iii) 다이 온도 약 150℃ (약 300℉) 내지 약 210℃ (약 410℉)의 압출기에서 습식 전분을 전호화 및 산-개질하는 단계에 의해 전호화, 부분 가수분해화 전분을 형성하는 단계; (b) 전호화 및 부분 가수분해화 전분을 적어도 물 및 스투코와 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계; (c) 슬러리를 제1 커버 시트 및 제2 커버 시트 사이에 배치하여 습식 조립체를 형성하는 단계; (d) 습식 조립체를 판으로 절단하는 단계; 및 (e) 판 건조 단계를 포함한다.
또 다른 실시태양에서, 강산 함량은 전분 중량 기준으로 약 0.01 wt.% 이하이다.
또 다른 실시태양에서, 또 다른 실시태양에서, 판의 제조 방법은: (a) (i) 적어도 물, 비-전호화 전분, 및 산을 혼합하여 함수율 약 8 wt.% 내지 약 25 wt.%의 습식 전분 전구체를 제조하는 단계, 이때 산은 실질적으로 칼슘 이온 킬레이트화를 방지하는 약산이고; (ii) 습식 전분 전구체를 압출기에 공급하는 단계; 및 (iii) 다이 온도 약 150℃ (약 300℉) 내지 약 210℃ (약 410℉)의 압출기에서 습식 전분을 전호화 및 산-개질하는 단계에 의해 전호화, 부분 가수분해화 전분을 형성하는 단계; (b) 전호화 및 부분 가수분해화 전분을 적어도 물 및 스투코와 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계; (c) 슬러리를 제1 커버 시트 및 제2 커버 시트 사이에 배치하여 습식 조립체를 형성하는 단계; (d) 습식 조립체를 판으로 절단하는 단계; 및 (e) 판 건조 단계를 포함한다.
또 다른 실시태양에서, 판의 제조 방법은: (a) (i) 적어도 물, 비-전호화 전분, 및 산을 혼합하여 함수율 약 8 wt.% 내지 약 25 wt.%의 습식 전분 전구체를 제조하는 단계, 이때 산은 전분 중량 기준으로 약 0.05 wt.% 이하의 강산이고; (ii) 습식 전분 전구체를 압출기에 공급하는 단계; 및 (iii) 다이 온도 약 150℃ (약 300℉) 내지 약 210℃ (약 410℉)의 압출기에서 습식 전분을 전호화 및 산-개질하는 단계에 의해 전호화, 부분 가수분해화 전분을 형성하는 단계; (b) 전호화 및 부분 가수분해화 전분을 적어도 물 및 스투코와 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계; (c) 슬러리를 제1 커버 시트 및 제2 커버 시트 사이에 배치하여 습식 조립체를 형성하는 단계; (d) 습식 조립체를 판으로 절단하는 단계; 및 (e) 판 건조 단계를 포함한다.
또 다른 실시태양에서, 강산의 함량은 전분 중량 기준으로 약 0.01 wt.% 이하이다.
또 다른 실시태양에서, 경화 석고 코어의 압축 강도는 상이한 방법으로 제조되는 전분으로 제조되는 경화 석고 코어보다 크다.
또 다른 실시태양에서, 전호화, 부분 가수분해화 전분은 슬러리에 첨가될 때 적어도 약 70% 호화되고, 추가 호화는 건조 단계에서 진행된다.
또 다른 실시태양에서, 전호화, 부분 가수분해화 전분은 슬러리에 첨가될 때 완전히 호화된다.
또 다른 실시태양에서, 판의 압축 강도는 밀도 29 pcf에서 적어도 약 400 psi (2,800 kPa)이다.
또 다른 실시태양에서, 판의 코어 경도는 ASTM C473-10에 따를 때 적어도 약 11이다.
또 다른 실시태양에서, 판의 밀도는 약 21 pcf 내지 약 35 pcf이다.
또 다른 실시태양에서, 슬러리는 삼메타인산나트륨을 더욱 포함한다.
또 다른 실시태양에서, 전호화, 부분 가수분해화 전분 부재시와 동일한 수준으로 슬러리 유동성을 유지하기 위하여 필요한 물 함량은, 상이한 방법으로 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분을 사용할 때 필요한 물 함량의 증가분보다 적다.
또 다른 실시태양에서, 전분 함량은 스투코 중량 기준으로 약 0.5% 내지 약 10중량%이다.
또 다른 실시태양에서, 벽판은 본 발명의 실시태양들에 의해 제작된다.
상기 사항들은 단지 실시태양들의 실시예들이라는 것에 주목하여야 한다. 기타 예시적 실시태양들은 본원의 설명 전체로부터 명백하다. 또한 각각 실시태양은 본원에 제공되는 기타 실시태양들과 다양한 조합으로 적용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
하기 실시예들은 발명을 더욱 설명하지만, 어떠한 방식으로도 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 아니된다.
실시예 1
본 실시예는 본 발명의 실시태양들에 의한 전호화, 부분 가수분해화 전분 제조를 설명한다.
본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 9종의 전호화, 부분 가수분해화 전분을 제조하고 다양한 특성 (예를들면, 점도, 유동성, 강도)을 시험하였다. 이들 9종의 전분을 3종의 상업적으로 입수되는 전분과 함게 시험하였다.
전호화, 부분 가수분해화 전분의 제조 방법에 따라, Bunge North America (St. Louis, MO)에서 CCM 260 옐로우 콘 밀로서 상업적으로 입수되는 옥수수 가루 100 kg, 다양한 함량의 황산알루미늄 (백반), 실질적으로 칼슘 이온과의 킬레이트화를 방지하는 약산, 및/또는 타르타르산 (총 약산의 20 wt.% 미만), 및 다양한 함량의 물을 혼합하여 습식 전분 전구체를 제조하였다. 습식 전분 전구체를 American Extruson International (South Beloit, IL)에서 Advantage 50으로서 상업적으로 입수되는 단일 축 압출기에 공급하였다. 압출기에서, 습식 전분 전구체를 동시에 진행되도록 단일 단계로 전호화 및 산-개질화 하였다.
하기 표 4는 산 존재에서 옥수수 가루의 압출 인자들을 설명한 것이다. 압출 체류 시간 (즉, 전호화 및 산-개질화 시간)은 30 초 미만이었다. 모든 백분율은 전분 총 중량 기준이되, 함수율은 물, 전분, 및 기타 첨가제의 총합으로 표현되는 총 습식 중량 기준이다.
얻어진 전호화, 부분 가수분해화 전분을 조성물 1A (비교)로 표기되는 점도 773 센티포아즈의 종래 전호화 옥수수 전분, 및 각각 조성물 1B (비교) 및 조성물 1C (비교)로 표기되는 Clinton 277 (ADM, Chicago, IL) 및 Caliber 159 (Cargill, Wayzata, MN)로서 상업적으로 입수되는 산-개질화 옥수수 전분을 압출하여 제조되는2 종의 낮은 용수 전분과 대비하여 평가하였다.
기재 옥수수 가루
카놀라 오일 0.25 wt.%
액체 백반 1 wt.% - 4 wt.%
타르타르산 0 wt.% - 0.3 wt.%
압출 과정에서 전분 함수율 10 wt.% - 20 wt.%
주 축 (RPM) 350
공급 오거 속도 (RPM) 14
다이 온도 (℉) 350-370
나이프 속도 (RPM) 400-1,000
조성물 1D-1L로 표기되는 전호화, 부분 가수분해화 전분을 압출 공정에서 제조하였다.
하기 표 5는 조성물 1D-1L에 대한 압출 과정에서 다양한 함수율 및 압출 과정에서 산 함량을 보인다. 조성물 1D-1H 및 1L은 함수율 16 wt.%로 제조되고, 조성물 1I1K는 함수율 13 wt.%로 제조된다. 조성물 1D-1G 및 조성물 1I-1L은 액체 백반 함량 1 wt.% 내지 4 wt.%로 제조되고, 조성물 1H에는 액체 백반 및 타르타르산이 포함된다. 조성물 1F 및 1L은 동일한 함수율 및 함량의 산으로 제조되지만, 실시예 3에서는 상이한 함량의 지연제를 사용한다.
조성물 함수율 산
조성물 1A 16 wt.% NA
조성물 1B 19 wt.% NA
조성물 1C 19 wt.% NA
조성물 1D 16 wt.% 1 wt.% 백반
조성물 1E 16 wt.% 2 wt.% 백반
조성물 1F 16 wt.% 3 wt.% 백반
조성물 1G 16 wt.% 4 wt.% 백반
조성물 1H 16 wt.% 2 wt.% 백반; 0.3 wt.% 타르타르산
조성물 1I 13 wt.% 1 wt.% 백반
조성물 1J 13 wt.% 2 wt.%
조성물 1K 13 wt.% 3 wt.% 백반
조성물 1L 16 wt.% 3 wt.% 백반
하기 실시예들 2-4는 표 5에 기술된 조성물에 대하여 다양한 특성을 시험한다. 실시예 2에서, 조성물 1B-1L을 아밀로그래프 시험에서 점도에 대하여 평가하였다. 실시예 3은 조성물 1A, 1D-1I, 및 1K-1L 중 하나로 제조된 슬러리에 대하여 유동성을 시험한 것이고, 슬럼프 시험으로 평가되었다. 본 데이터는 이어 슬러리에 대한50% 수화 시간을 측정하여 더욱 확인되었다. 이는 슬러리 경화 소요 시간을 보인다. 실시예 4는 조성물 1A, 1D-1I, 및 1K로 제조되는 슬러리 강도를 시험한 것이고, 본원에 설명된 압축 강도 시험으로 평가되었다.
실시예 2
본 실시예는 본 발명의 실시태양들에 따라 압출기에서 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분의 점도를 설명한다. 특히 산 (예를들면, 백반) 함량 및, 압출기에 공급되는 습식 전분의함수 수준으로 정의되는 함수율에 따른점도 변화와 관련하여 조성물 1D-1K를 압출된 상업적으로 입수되는 산-개질화 전분 (조성물 1B-1C)과 비교하여 시험하였다.
시험 준비에 있어서, 조성물을 물과 혼합하여 전분 슬러리를 제조하되, 전분 슬러리는 조성물 10 wt.%를 포함한다. 용어 “용액”이란 전분이 완전히 호화되고 완전히 용해될 때 적용되고 용어 “슬러리”란 전분이 완전히 용해되지 않을 때 적용된다. 이어 각각 조성물에 대하여 본원에 기재된 아밀로그래프 기술로 상이한 온도에서 점도를 시험하였다. 시험 결과를 도 1 및 2에 도시하고, 점도 (좌측 y-축) 및 온도 (우측 y-축) 대 시간 (x-축)을 도시하여 아밀로그램은 상이한 온도에서 전호화, 부분 가수분해화 전분의 점도를 평가한다. 온도 곡선은 각각 샘플에 대하여 중첩된다. 각각 샘플에 대하여 동일한 온도 프로파일을 이용한다. 다른 곡선들은 전분의 점도를 보인다.
25℃에서 초기 점도는 임의의 조성물 1B-1K 중 하나를 포함하는 슬러리 시스템의 유동성 지표이다. 25℃는 판 제작을 위해 전분이 스투코 및 기타 성분들과 혼합되는 온도이다. 이 온도에서, 또한, 전분의 점도는 스투코 슬러리 유동성과 역상관된다.
골 (93℃)에서의 점도는 임의의 조성물 1B-1K 중 하나의 분자량 지표이다. 온도 93℃에서, 전분 분자는 완전히 수중에 용해된다. 93℃에서 전분 용액의 점도는 전분 분자량과 정상관되고, 이는 부분 가수분해의 결과이다.
도 1은 50 분 구간 (x-축)에 걸친 점도 (좌측 y-축) 및 온도 (우측 y축)를 도시한 아밀로그램이다. 비교 조성물 1B 및 1C 및 본 조성물 1D1H를, 본원에 기재된 바와 같이, 용액 중량 기준으로10중량%로 전분 용액으로 혼합하였다. 덩어리 형성을 막기 위해, 전분을 워링 블렌더의 혼합 컵 중의 물에 첨가하고 저속으로 20 초 혼합하였다. 이어 전분 용액을 점성도계-E (C.W. 브라밴더® Instruments, Inc., South Hackensack, NJ)로 평가하였다. 본원에 언급된 바와 같이 브라밴더 점도 측정 절차에 의하면, 점도는 C.W. 브라밴더 점성도계, 예를들면, 동적 측정용 반응 토크를 이용하는 점성도계-E를 이용하여 측정한다. 본원에 정의된 바와 같이, 브라밴더 단위는 샘플 컵 크기 16 fl. oz (약 500 cc)를 이용하여, 700 cmg 카트리지에서 RPM 75로 측정된다. 또한 당업자는 본원에 기재된 바와 같이 브라밴더 단위는 기타 점도 측정, 예컨대 센티포아즈 (예를들면, cP = BU X 2.1, 측정 카트리지가 700 cmg일 때) 또는 Krebs 단위로 전환될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 16 wt.% 함수율로 압출된 조성물 1D-1H의 반죽 프로파일을 비교 조성물 1B 및 1C와 함께 도 1에 제시한다.
본 조성물 1D-1H를 고려할 때, 백반이 1 wt.%에서 4 wt.%로 증가하면, 초기 점도는 70 브라밴더 단위 (BU)에서 10 BU로 감소되고, 분자량 또한 감소된다. 조성물 1D-1H의 초기 점도 및 93℃ 점도는 조성물 1B 및 1C의 것만큼 낮게 감소한다. 조성물 1B 및 1C는 낮은 용수량 전분의 종래 점도 한계를 나타낸다.
도 1에 제시된 조성물 1D-1H 결과는 최적화 산-개질화는 압출 과정에서 달성될 수 있다는 것을 보인다. 이러한 결과는 본 전호화, 부분 가수분해화 전분 제조 방법은 성공적으로 전분의 점도 (분자량)를 감소시킨다는 것을 더욱 제안한다. 점도 피크가 70℃ 내지 90℃ 사이에 관찰되지 않고, 이는 조성물 1D-1H는 완전히 호화되었다는 것을 나타낸다. 조성물 1D-1H가 완전 호화되지 않았다면, 점도는 증가하였을 것이다. 전분 조성물의 완전 호화는 시차주사 열량측정법 (DSC)으로 확인되었다.
도 2는 50 분 구간 (x-축)에 걸친 점도 (좌측 y-축) 및 온도 (우측 y축)를 도시한 아밀로그램이다. 비교 조성물 1B 및 1C 및 본 조성물 1I-1K 를, 본원에 기재된 바와 같이, 용액 중량 기준으로10중량%로 전분 용액으로 혼합하였다. 덩어리 형성을 막기 위해, 전분을 워링 블렌더의 혼합 컵 중의 물에 첨가하고 저속으로 20 초 혼합하였다. 이어 전분 용액을 점성도계-E로 평가하였다. 13 wt.% 함수율로 압출된 조성물 1I-1K의 반죽 프로파일을 비교 조성물 1B 및 1C와 함께 도 2에 제시한다.
조성물 1D-1H에서 관찰된 것과 유사한 경향이 조성물 1I-1K에서도 관찰된다. 특히, 본원에 기재된 바와 같이 압출기에서 전호화, 부분 가수분해화 전분 제조 방법은 성공적으로 조성물 1I-1K의 점도를 감소시켰다.
백반이 1 wt.% 에서 3 wt.%로 증가될 때, 초기 점도는 75 BU에서 14 BU로 감소되고, 분자량 또한 감소된다. 조성물 1I - 1K의 초기 점도 및 93℃ 점도는 조성물 1B 및 1C의 것만큼 낮게 감소한다.
또한, 도 2에 제시된 조성물 1I-1K 결과는 최적화 산-개질화는 압출 과정에서 달성될 수 있다는 것을 보인다. 점도 피크가 70℃ 내지 90℃ 사이에 관찰되지 않고, 이는 조성물 1I-1K는 완전히 호화되었다는 것을 나타낸다.
또한, 이러한 결과는 낮은 함수율에서 기계 에너지가 더욱 크고, 따라서, 전분이 더욱 분해되고, 전분은 동일한 산 수준에서 더욱 작아지므로 소정의 산 수준에서 더 높은 함수율에서보다 더욱 낮은 함수율에서, 더욱 많은 전분 가수분해가 달성된다는 것을 보인다.
실시예 3
본 실시예는 조성물 1A (비교), 1D-1I, 및 1K-1L을 함유한 석고 슬러리의 유동성을 설명한다. 당업자에 의해 이해되는 슬럼프 시험으로 조성물 유동성에 대하여 평가하였다.
시험 준비에 있어서, 물 스투코 비율 (WSR) 100으로 각각의 조성물 1A (비교), 1D-1I, 및 1K-1L을 2 wt.% 및 하기 표 6의 인자로 슬러리를 제조하였다.
성분 중량 (g)
스투코 400
내열 촉진제 4
전분 8
삼메타인산나트륨 10% 용액 8
분산제 2
지연제 1% 용액 20
양 수(Gauging water) 357
PFM-33 폼 (0.5% 용액) 25
95% 순도의 스투코 및 내열 촉진제를 포함하는 건식 믹스에 전분을 계량하였다. 물, 삼메타인산나트륨 (10 wt.% 용액), 분산제, 및 지연제를 Hobart 혼합기의 혼합 용기에 계량하였다. 건식 믹스를 Hobart (Troy, OH)에서 N50 5-Quart 혼합기로 입수되는 혼합기의 혼합 용기에 붓고, 10 초 담그고, 속도 II로 30 초 혼합하였다. 거품 제조를 위하여, Hyonic® PFM-33 비누 (GEO® Specialty Chemicals, Ambler, PA에서 입수) 0.5% 용액을 형성하고, 이어 공기와 혼합하여 기포를 제조하였다. 기포를 기포 발생기로 슬러리에 투입하였다.
이어 각각의 슬러리를 직경 4.92 cm (1.95 in) 및 높이 10 cm (3.94 in)의 원통에 투입하였다. 이어 원통을 올려, 슬러리를 자유 유동시켰다. 이어 형성된 슬럼프 직경을 측정하여 슬러리 유동성을 설명하고 하기 표 7에 기록하였다. 또한 표 8은 하기 더욱 설명되는 50% 수화 시험에 대한 시간 결과를 포함한다.
조성물 지연제 슬럼프 (cm) 50% 수화까지의 시간 (분)
조성물 1A 0.05 wt.%
 13.7 cm (5 3/8 in) 4
조성물 1D 0.05 wt.%
 16.5 cm (6 1/2 in) 3.8
조성물 1E 0.05 wt.%
 15.2 cm (6 in) 3.6
조성물 1F 0.05 wt.%
 16.2 cm (6 3/8 in) 3.7
조성물 1G 0.05 wt.%
 16.2 cm (6 3/8 in) 3.3
조성물 1H 0.05 wt.%
 17.8 cm (7 in) 3.7
조성물 1I 0.05 wt.%
 15.9 cm (6 1/4 in) 3.6
조성물 1K 0.05 wt.%
 18.4 cm (7 1/4 in) 3.4
조성물 1L 0.0625 wt.% 18.4 cm (7 1/4 in) 4
표 7에서 보이는 바와 같이, 조성물 1D-1I 및 1K로 제조되는 슬러리는 조성물 1A (비교)로 제조되는 슬러리보다 더욱 큰 슬럼프를 보였다. 또한 조성물 1A (비교)보다 더욱 신속하게 경화되고, 조성물 1D-1I 및 1K를 포함하는 슬러리는 조성물 1A를 포함하는 슬러리보다 더욱 양호한 유동성을 가진다는 것을 나타낸다.
또한, 슬러리가 동일한 속도로 경화될 때슬럼프 크기를 비교할 목적으로 슬러리에 대한 50% 수화까지의 시간을 측정하였다. 슬러리의 온도 프로파일을 당업자가 이해하는 소프트웨어를 이용하여 측정하였다.
이러한 추가 시험을 수행하여 슬럼프 시험이 옳다는 것을 확인하고, 특히 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분을 포함하는 슬러리에서 관찰되는 대형 슬럼프는 조성물 1A (비교)와 비교하여, 서행 수화가 아닌 유동성 개선 결과라는 것을 보인다.
2 wt.% 백반 및 0.3 wt.% 타르타르산으로 제조되는 조성물 1H는, 효과적으로 전분을 낮은 점도로 가수분해화하고 타르타르산 및 백반은 수화 속도에 대한 반대 효과를 가지므로 수화 속도에 충격을 덜 미친다.
도 3은 온도 대 시간을 도시한, 온도 상승 세트 (TRS) 수화 속도를 보이는 그래프이다. 각각 0.05% 및 0.0625% 지연제의 조성물 1F는, 조성물 1A (비교)보다 신속하게 또는 동일한 속도로 수화된다.
도 3에 제시된 바와 같이, 0.0625 wt.% 지연제를 가지는 조성물 1L은, 조성물 1A (비교)과 동일한 수화 속도를 가진다. 0.065 wt.% 지연제를 가지는 조성물 1L의 슬럼프 크기는 18.415 cm (7 1/4 in)이고, 조성물 1A보다 상당히 크다.
이러한 결과는 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분을 포함하는 슬러리에서 관찰되는 더욱 대형 슬럼프는 높은 유동성에 의한 것이고 더욱 느린 경화 (setting)에 의한 것이 아니라는 것을 보인다. 또한, 본 발명의 실시태양들에 의해 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분으로 벽판은 유동성을 훼손하지 않고 물을 덜 사용한다.
실시예 4
본 실시예는 조성물 1A (비교), 1D-1I, 및 1K를 함유하는 슬러리로 제조된 석고 원반 강도를 보인다. 강도는 시험 본원에 기재된 바와 같이 압축 강도로 평가되었다.
시험 준비에 있어서, 각각의 조성물 1A (비교), 1D-1I, 및 1K-1L을 2 wt.% 및 상기 표 4의 인자에 따라 슬러리를 제작하였다.
물 스투코 비율 (WSR) 100 및 기포 (air foam)를 이용하여 최종 밀도 29 pcf의 석고 원반을 제작하였다. 스투코 및 내열 촉진제를 포함하는 건식 믹스에 전분을 계량하였다. 물, 삼메타인산나트륨 10% 용액, 분산제, 및 지연제를 Hobart 혼합기의 혼합 용기에 계량하였다. 건식 믹스를 Hobart (Troy, OH)에서 N50 5-Quart 혼합기로 입수되는 혼합기의 혼합 용기에 붓고, 10 초 담그고, 속도 II로 30 초 혼합하였다. 거품 제조를 위하여, Hyonic® PFM-33 비누 (GEO® Specialty Chemicals, Ambler, PA에서 입수) 0.5% 용액을 형성하고, 이어 공기와 혼합하여 기포를 제조하였다. 기포를 기포 발생기로 슬러리에 투입하였다. 기포 발생기를 바람직한 판 밀도 29 pcf 획득이 충분한 속도로 운전하였다. 기포 투입 후, 슬러리를 즉시 몰드 최상부 바로 윗 지점에 부었다. 플라스터가 곧 경화되므로 과잉 슬러리를 긁어냈다. 몰드에 이형제 (WD-40™)를 분산하였다. 원반 직경은 10.16 cm (4 in)이고 두께는 1.27 cm (0.5 in)이다.
원반이 고화된 후, 원반을 몰드에서 꺼내고, 이어 110℉ (43℃)에서 48 시간 동안 건조하였다. 오븐에서 꺼낸 후, 원반을 1시간 실온에서 식혔다. MTS Systmes Corporation (Eden Prairie, Minnesota)에서 SATEC™ E/M 시스템으로 상업적으로 입수되는 재료 시험 시스템으로 압축 강도를 측정하였다. 로드를 연속적으로 쇼크 (shock) 부재에서 속도 0.04 인치/min (15 내지 40 psi/s의 일정한 속도)로 인가하였다. 결과를 하기 표 8에 제시한다.
조성물 압축 강도 (PSI@29pcf)
조성물 1A 396
조성물 1D 439
조성물 1E 388
조성물 1F 476
조성물 1G 419
조성물 1H 417
조성물 1I 455
조성물 1K 426
표 8에 보이는 바와 같이, 조성물 1D-1I 및 1K를 함유한 발포 원반의 압축 강도는 조성물 1A (비교)를 포함한 것과 동등하고, 이는 전호화, 부분 가수분해화 전분은 강도 개선 특성을 훼손하지 않고 용수량을 감소시킬 수 있다는 것을 의미한다. 원반 샘플의 바람직한 압축 강도는 대략 400 psi이다. 판이 분리되지 않고 적당히 취급될 수 있는 강도가 요구된다.
용어 “a” 및 “an” 및 “the” 및 “적어도 하나의” 및 본 발명 기재 문맥에서 (특히 하기 청구범위 문맥에서) (예를들면, 산, 원료 전분, 또는 기타 성분들 또는 항목들과 관련하여) 유사한 지시어는, 달리 표시되거나 이에 명백하게 반하지 않는 한, 단수 및 복수를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 용어 “적어도 하나의” 에 이어지는 하나 이상의 항목의 나열 (예를들면, “적어도 하나의 A 및 B”)은, 달리 표시되거나 이에 명백하게 반하지 않는 한, 나열 항목들에서 선택되는 하나의 항목 (A 또는 B) 또는 둘 이상의 나열 항목들의 임의의 조합 (A 및 B)을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
용어 “구성하는”, “가지는”, “포함하는” 및 “함유하는” 이란 달리 표기되지 않는 한 확장 가능 용어로 해석되어야 한다 (즉., “제한적이지는 않지만 포함되고”의 의미). 본원에서 값들의 범위들의 설명은, 여기에 별도로 지시되지 않으면, 단지 범위 내에 있는 각각의 개별적인 값을 개별적으로 언급하는 간단한 전달방법으로서 역할을 하기 위한 것이며, 각각의 개별적인 값은 여기에 개별적으로 기술되는 것처럼 명세서에 포함된다. 본원에 설명된 모든 방법들은 여기에 별도로 지시되지 않거나 문맥상 분명하게 모순되지 않는 한 임의의 적당한 순서로 수행될 수 있다. 여기에 제공되는 어떤 및 모든 실시예들, 또는 예시적인 언어(예를 들어, "와 같은")의 사용은 단지 본 발명을 더 잘 설명하기 위한 것이며 별도로 주장되지 않는 한 본 발명의 범위에 대한 한정을 하지 않는다. 명세서의 언어는 본 발명의 실시에 필수적인 것으로서 어떤 청구되지 않은 요소들을 지시하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명을 구현하기 위하여 발명자들에게 인지된 최선의 방법을 포함하여 본 발명의 바람직한 실시예들이 본원에 기재된다. 본 분야의 기술자들은 상기 명세서를 독해한 후 이러한 바람직한 실시예들에 대한 변형이 이들에게 명백할 수 있다. 본 발명자들은 기술자들이 이러한 변형을 적합하게 적용할 수 있다는 것을 예상하고, 본 발명자들은 본원에 특정하게 기재된 것과는 달리 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 의도하고 있다. 따라서 본 발명은 적용 가능한 법률이 허용되는 바와 같이 본원에 첨부된 청구범위에 언급된 주제의 모든 변경들 및 균등론을 포함하는 것이다. 또한 달리 표기되거나 달리 명백하게 문맥상 모순되지 않는 한, 모든 가능한 변형들에서 상기 요소들의 임의의 조합은 본 발명에 의해 포괄되는 것이다.

Claims (14)

  1. 전호화, 부분 가수분해화 전분 제조 방법으로서,
    (a) 적어도 물, 비-전호화 전분, 및 칼슘 이온 킬레이트화를 방지하는 3 내지 6의 pKa 값을 갖는 산을 혼합하여 함수율 8 wt.% 내지 25 wt.%의 습식 전분 전구체를 제조하는 단계;
    (b) 상기 습식 전분 전구체를 압출기에 공급하는 단계; 및
    (c) 다이 온도 150℃ 내지 210℃의 압출기에서 상기 습식 전분 전구체를 전호화 및 산-개질화 단계를 포함하고,
    상기 전호화, 부분 가수분해화 전분은 적어도 70% 호화되고,
    상기 전호화, 부분 가수분해화 전분은 10 브라벤더 유닛(BU; Brabender Unit) 내지 120 BU의 냉수 점도를 가지며,
    상기 냉수 점도는 25℃에서 전분의 10 wt% 용액에 대해 결정되는 것인, 전호화, 부분 가수분해화 전분 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 칼슘 이온 킬레이트화를 방지하는 산은 백반을 포함하는, 전호화, 부분 가수분해화 전분 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 타르타르산이 혼합 단계에 포함되어 습식 전분 전구체를 제조하는, 전호화, 부분 가수분해화 전분 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 칼슘 이온 킬레이트화를 방지하는 산은 상기 비-전호화 전분의 0.5 wt% 내지 5 wt%의 함량을 갖는, 전호화, 부분 가수분해화 전분 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전호화 및 산-개질화 단계는 다이 온도 적어도 175℃ 내지 205℃의 압출기에서 진행되는, 전호화, 부분 가수분해화 전분 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전호화, 부분 가수분해화 전분의 생산 속도(output)는 상기 압출기에서 적어도 100 kg/hr인, 전호화, 부분 가수분해화 전분 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전호화 및 산-개질화 단계는 5 분 미만으로 진행되는, 전호화, 부분 가수분해화 전분 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 전호화 및 산-개질화 단계는 1 분 미만으로 진행되는, 전호화, 부분 가수분해화 전분 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 방법은 전호화, 산-개질화 전분에 대한 정제 및 중화 단계가 불요한, 전호화, 부분 가수분해화 전분 제조 방법.
  10. 제1항의 방법에 따라 제조되는 전호화, 부분 가수분해화 전분.
  11. 판 제조 방법에 있어서,
    (a) 적어도 물, 비-전호화 전분, 및 산을 혼합하여 함수율 8 wt.% 내지 25 wt.%의 습식 전분 전구체를 제조하는 단계로서, 상기 산은 칼슘 이온 킬레이트화를 방지하는 3 내지 6의 pKa 값을 갖는 산인, 상기 습식 전분 전구체 제조 단계;
    (b) 상기 습식 전분 전구체를 압출기에 공급하고, 다이 온도 150℃ 내지 210℃의 압출기에서 습식 전분을 전호화 및 산-개질화하는 단계로서, 상기 전호화, 부분 가수분해화 전분은 적어도 70% 호화되고, 상기 전호화, 부분 가수분해화 전분은 10 브라벤더 유닛(BU; Brabender Unit) 내지 120 BU의 냉수 점도를 가지며, 상기 냉수 점도는 25℃에서 전분의 10 wt% 용액에 대해 결정되는 것인, 상기 전호화 및 산-개질화 단계;
    (c) 상기 전호화 및 부분 가수분해화 전분을 적어도 물 및 스투코와 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계;
    (d) 상기 슬러리를 제1 커버 시트 및 제2 커버 시트 사이에 배치하여 습식 조립체를 형성하는 단계;
    (e) 상기 습식 조립체를 판으로 절단하는 단계; 및
    (f) 상기 판을 건조하는 단계를 포함하는, 판 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 판은 21 pcf 내지 35 pcf의 밀도를 갖는, 판 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 슬러리는 삼메타인산나트륨을 더 포함하는, 판 제조 방법.
  14. 제11항의 방법에 따라 제조되는 판.
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