Способ получения прежелатинизированного, частично гидролизованного крахмала и связанные с ним способы и продукты
Изобретение относится к способу получения крахмала. Предложенный способ включает смешивание воды, непрежелатинизированного крахмала и кислоты, характеризующейся значением рКа от 3 до 6, которая по существу не образует хелатов с ионами кальция, с получением влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника с влагосодержанием от 8% масс., до 25% масс., подачу указанного влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника в экструдер, прежелатинизацию и кислотную модификацию указанного влажного крахмала в экструдере при температуре головки, составляющей от 150°С до 210°С, причем прежелатинизированный, частично гидролизованный крахмал характеризуется степенью желатинизации по меньшей мере 70% и вязкостью в холодной воде (10% твердой фазы, 25°С) от 10 единиц Брабендера (BU) до 120 BU. Изобретение обеспечивает получение легкоусвояемого крахмала. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил., 11 табл., 4 пр.
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[001] Настоящая заявка испрашивает приоритет на основании заявки США № 14/044582, поданной 2 октября 2013 года, международной заявки PCT № PCT/US2013/064776, поданной 14 октября 2013 года, и заявки США № 14/494547, поданной 23 сентября 2014 года, при этом содержание всех из указанных предшествующих заявок на патент в полном объеме включено в настоящий документ посредством ссылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[001] Крахмалы обычно содержат два типа полисахаридов (амилозу и амилопектин) и классифицируются как углеводы. Некоторые крахмалы подвергают предварительной желатинизации (прежелатинизации), как правило, с применением термических способов. В общем, прежелатинизированные крахмалы могут образовывать с холодной водой дисперсии, пасты или гели. В целом, прежелатинизированные крахмалы являются легкоусвояемыми и используются разными способами, в том числе в качестве добавки в различные пищевые продукты (например, в выпечку, закуски, напитки, кондитерские изделия, молочные продукты, соусы, полуфабрикаты, приправы и мясные продукты) и в фармацевтические препараты.
[002] Другое применение прежелатинизированных крахмалов состоит в изготовлении гипсовой стеновой плиты. При этом при изготовлении плиты строительный гипс (т.е. обожженный гипс в форме полугидрата сульфата кальция и/или ангидрита сульфата кальция), воду, крахмал и другие ингредиенты, при необходимости, смешивают, обычно в пальчиковом смесителе (термин, применяемый в данной области техники). Получают суспензию и выгружают ее из смесителя на движущийся конвейер, несущий обшивочный лист с одним из накрывочных слоев (если присутствуют), который уже нанесен (зачастую до смесителя). Суспензию распределяют поверх бумаги (с накрывочным слоем, необязательно размещенном на бумаге). Другой обшивочный лист, с накрывочным слоем или без него, наносят на суспензию с помощью, например, формующей пластины или т.п. и получают слоистую структуру требуемой толщины.
[003] Смесь отливают и оставляют затвердевать с образованием схваченного (т.е. регидратированного) гипса за счет реакции обожженного гипса с водой с получением матрицы кристаллического гидратированного гипса (т.е. дигидрата сульфата кальция). Именно требуемая гидратация обожженного гипса делает возможным образование переплетенной матрицы кристаллов схваченного гипса, что, тем самым, придает прочность гипсовой структуре в продукте. Для получения сухого продукта требуется тепло (например, в обжиговой печи), чтобы удалить оставшуюся свободную (т.е. непрореагировавшую) воду.
[004] Прежелатинизированные крахмалы часто увеличивают водопотребление указанного процесса. Для компенсации водопотребления и обеспечения достаточной текучести при производстве в штукатурную суспензию необходимо добавлять воду. Такой избыток воды делает производство неэффективным, в том числе увеличивает время сушки, уменьшает скорости работы производственных линий и повышает энергетические затраты. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что прежелатинизированный и частично гидролизованный крахмал требует меньшего количества воды.
[005] Авторы настоящего изобретения также обнаружили, что способы получения прежелатинизированных частично гидролизованных крахмалов не были полностью удовлетворительными. Общепринятые способы получения таких прежелатинизированных частично гидролизованных крахмалов не являются эффективными, имеют низкий выход и низкую производительность, а также высокие энергетические затраты. Таким образом, в данной области техники имеется потребность в улучшенном способе получения прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала, в частности, проявляющего низкую потребность в воде.
[006] Следует понимать, что такое описание уровня техники было сделано авторами настоящего изобретения, чтобы помочь читателю, и не должно рассматриваться ни в качестве ссылки на известный уровень техники, ни как указание, что какие-либо из перечисленных проблем были сами по себе признаны в данной области техники. Хотя в некоторых отношениях и вариантах реализации изобретения описанные принципы могут облегчить проблемы, присущие и другим системам, следует понимать, что объем защищаемой инновации определен прилагаемой формулой изобретения, а не способностью заявленного изобретения решать какую-либо конкретную проблему, упомянутую в настоящем документе.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[007] Согласно одному аспекту в настоящем изобретении предложен способ получения прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала, включающий: (a) смешивание по меньшей мере воды, непрежелатинизированного крахмала и слабой кислоты, которая по существу не образует хелатов с ионами кальция, с получением влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника с влагосодержанием от примерно 8 % масс. до примерно 25 % масс.; (b) подачу указанного влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника в экструдер; и (c) прежелатинизацию и кислотную модификацию влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника в экструдере при температуре головки от примерно 150 ºC (примерно 300 ºF) до примерно 210 ºC (примерно 410 ºF). В изобретении также предложен крахмал, полученный согласно указанному способу.
[008] Согласно другому аспекту в настоящем изобретении предложен способ получения прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала, включающий: (a) смешивание по меньшей мере воды, непрежелатинизированного крахмала и сильной кислоты с получением влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника с влагосодержанием от примерно 8 % масс. до примерно 25 % масс., при этом сильная кислота присутствует в количестве примерно 0,05 % масс. или менее по массе относительно массы крахмала; (b) подачу влажного крахмала в экструдер; и (c) прежелатинизацию и кислотную модификацию влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника в экструдере при температуре головки от примерно 150 ºC (примерно 300 ºF) до примерно 210 ºC (примерно 410 ºF). В изобретении также предложен крахмал, полученный согласно указанному способу.
[009] Согласно другому аспекту в настоящем изобретении предложен способ изготовления плиты включающий: (a) получение прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала путем (i) смешивания по меньшей мере воды, непрежелатинизированного крахмала и кислоты с получением влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника с влагосодержанием от примерно 8 % масс. до примерно 25 % масс., при этом кислоту выбирают из группы, состоящей из: (1) слабой кислоты, которая по существу не образует хелатов с ионами кальция, (2) сильной кислоты в количестве примерно 0,05 % масс. или менее по массе относительно массы крахмала или (3) любой их комбинации; (ii) подачи влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника в экструдер; и (iii) прежелатинизации и кислотной модификации влажного крахмала в экструдере с головкой при температуре от примерно 150 ºC (примерно 300 ºF) до примерно 210 ºC (примерно 410 ºF); (b) смешивание прежелатинизированного и частично гидролизованного крахмала с по меньшей мере водой и строительным гипсом с получением суспензии; (c) размещение суспензии между первым обшивочным листом и вторым обшивочным листом с получением влажной сборной конструкции; (d) разрезание влажной сборной конструкции с получением плиты; и (e) сушку плиты. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения схваченный гипсовый сердечник имеет прочность на сжатие большую, чем схваченный гипсовый сердечник, изготовленный с применением крахмала, полученного согласно другому способу. Согласно другому аспекту в настоящем изобретении предложена плита, полученная согласно указанному способу.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ НЕСКОЛЬКИХ ВИДОВ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0010] Фиг. 1 представляет собой амилограмму, полученную путем нанесения на график значений вязкости (левая ось y) и температуры (правая ось y) относительно времени (ось x), на которой показаны профили склеивания крахмалов, экструдированных при влагосодержании 16 % масс., при этом содержание твердой фазы в исследуемой суспензии составляет 10 % масс., как указано в примере 2.
[0011] Фиг. 2 представляет собой амилограмму, амилограмму, полученную путем нанесения на график значений вязкости (левая ось y) и температуры (правая ось y) относительно времени (ось x), на которой показаны профили склеивания крахмалов, экструдированных при влагосодержании 13 % масс., при этом содержание твердой фазы в исследуемой суспензии составляет 10 % масс., как указано в примере 2.
[0012] Фиг. 3 представляет собой график зависимости температуры от времени, на котором показана скорость гидратации при заданном повышении температуры (TRS) двух суспензий, содержащих прежелатинизированные частично гидролизованные крахмалы, обработанные квасцами в количестве 3 % масс. и замедлителем схватывания в количествах 0,05 % масс. и 0,0625 % масс., соответственно, и третьей суспензии, содержащей обычный прежелатинизированный кукурузный крахмал с вязкостью 773 сантипуаз и замедлитель схватывания в количестве 0,05 % масс., как указано в примере 3.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0013] Варианты реализации настоящего изобретения обеспечивают способы получения прежелатинизированных частично гидролизованных крахмалов. Согласно одному аспекту в настоящем изобретении предложен способ изготовления плиты (например, гипсовой стеновой плиты). Прежелатинизированные частично гидролизованные крахмалы, полученные согласно способу, предложенному в настоящем изобретении, можно использовать различными другими способами, например, в продуктах питания (например, в хлебобулочных изделиях, напитках, кондитерских изделиях, молочных продуктах, пудингах быстрого приготовления, соусах, суповых смесях, полуфабрикатах, начинках для пирогов, приправах и мясных продуктах), фармацевтических препаратах, кормах, адгезивах и красках. Такие крахмалы, полученные согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения, как правило, являются легкоусвояемыми и позволяют получить пищевые продукты с требуемой вязкостью и сохранить большинство из функциональных свойств исходного основного материала.
[0014] Варианты реализации настоящего изобретения основаны, по меньшей мере частично, на удивительном и неожиданном обнаружении возможности прежелатинизации и кислотной модификации крахмала в экструдере в одну стадию. Удивительно и неожиданно, что прежелатинизация и кислотная модификация крахмала в одну стадию в экструдере имеет значительные преимущества по сравнению с прежелатинизацией и кислотной модификацией крахмала на отдельных стадиях. Например, предложенный в изобретении способ получения прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала обеспечивает более высокий выход, более быстрое производство и более низкие энергетические затраты при сохранении требуемых свойств (например, вязкости, текучести, растворимости в холодной воде и т.п.), как описано в настоящем документе.
[0015] Кроме того, было обнаружено, что условия экструзии (например, высокая температура и высокое давление) могут значительно повысить скорость кислотного гидролиза крахмала. Удивительно и неожиданно, что такой одностадийный процесс делает возможным применение слабой кислоты, такой как квасцы, и/или более маленьких количеств сильной кислоты для проведения кислотной модификации крахмала. И та и другая кислотная форма обеспечивает механизм, в котором протоны из кислоты катализируют гидролиз крахмала. Обычные способы кислотной модификации включают стадии очистки и нейтрализации. Согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения применение слабой кислоты (например, квасцов) и/или небольшого количества сильной кислоты устраняет потребность в какой-либо стадии нейтрализации и последующей стадии очистки, как правило, необходимой в обычных системах для очистки крахмала от солей, образующихся на стадии нейтрализации.
[0016] Согласно вариантам реализации настоящего изобретения предложенный способ экструзии позволяет не только желатинизовать крахмал, но также частично гидролизовать (т.е., посредством кислотной модификации) молекулы крахмала. Таким образом, процесс экструзии в одну стадию обеспечивает как физическую модификацию (прежелатинизацию), так и химическую модификацию (кислотную модификацию, частично кислотный гидролиз). Прежелатинизация обеспечивает крахмалу способность придавать прочность (например, конечному продукту, такому как гипсовая плита). Кислотная модификация позволяет успешно частично гидролизовать крахмал, обеспечивая крахмалу способностью придавать прочность конечному продукту, такому как гипсовая плита, и обеспечивая низкое водопотребление при производстве продуктов, например, в случае процессов изготовления гипсовых плит. Таким образом, продукт, произведенный согласно способам получения крахмала, предложенным в вариантах реализации настоящего изобретения, представляет собой прежелатинизированный и частично гидролизованный крахмал.
[0017] Согласно некоторым вариантам реализации в настоящем изобретении предложена высокоэффективная реакция кислотной модификации. Прежелатинизация и кислотная модификация в экструдере происходит при повышенных температурах и/или давлениях, как описано в настоящем документе, и может привести к такой скорости кислотного гидролиза, которая может быть, например, приблизительно в 30000 раз или более быстрее, чем скорости обычного кислотного гидролиза при более низких температурах (например, 50 ºC) и/или давлениях. Скорость кислотного гидролиза дополнительно увеличивают путем применения в крахмалсодержащем веществе-предшественнике низких уровней влаги (от примерно 8 % масс. до примерно 25 % масс.) и, следовательно, за счет повышенной концентрации реагентов. Благодаря такой высокой эффективности кислотной модификации авторы изобретения удивительно и неожиданно обнаружили, что слабую кислоту или очень низкий уровень сильной кислоты можно использовать в крахмалсодержащем веществе-предшественнике для обеспечения оптимальной кислотной модификации и устранения необходимости нейтрализации и очистки, которые являются дорогостоящими, занимают много времени и представляют собой неэффективные требования обычных систем.
[0018] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения гидролиз служит для превращения крахмала в более маленькие молекулы в пределах оптимального диапазона размеров, который определяется в настоящем документе в зависимости от требуемой вязкости прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала. Если крахмал подвергается избыточному гидролизу, он может превратиться в слишком маленькие молекулы (например, олигосахариды или сахара), что в случае гипсовой плиты может привести к прочности плиты меньшей, чем прочность, придаваемая прежелатинизированным частично гидролизованным крахмалом требуемой вязкости.
[0019] Прежелатинизированный частично гидролизованный крахмал можно получить путем (i) смешивания по меньшей мере воды, непрежелатинизированного крахмала и кислоты с получением влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника с влагосодержанием от примерно 8 % масс. до примерно 25 % масс. Кислота может представлять собой: (1) слабую кислоту которая по существу не образует хелатов с ионами кальция, (2) сильную кислоту в количестве примерно 0,05 % масс. или менее по массе относительно массы крахмала или (3) любую их комбинацию. Влажное крахмалсодержащее вещество-предшественник подвергают в экструдере прежелатинизации и кислотной модификации в одну стадию при повышенной температуре головки и/или давлении, как описано в настоящем документе. Крахмал гидролизуют до той степени, которая обеспечивает требуемую вязкость, например, как описано в настоящем документе.
[0020] Таким образом, согласно некоторым вариантам реализации изобретения прежелатинизированный частично гидролизованный крахмал можно получить путем смешивания по меньшей мере воды, непрежелатинизированного крахмала и слабой кислоты, которая по существу не образует хелатов с ионами кальция, с получением влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника с влагосодержанием от примерно 8 % масс. до примерно 25 % масс. Затем влажный крахмал подают в экструдер. Находясь в экструдере при температуре головки от примерно 150 ºC (примерно 300 ºF) до примерно 210 ºC (примерно 410 ºF), влажный крахмал подвергается прежелатинизации и кислотной модификации таким образом, что он по меньшей мере частично гидролизуется.
[0021] Согласно дополнительным вариантам реализации изобретения прежелатинизированный частично гидролизованный крахмал можно получить путем смешивания по меньшей мере воды, непрежелатинизированного крахмала и сильной кислоты с получением влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника с влагосодержанием от примерно 8 % масс. до примерно 25 % масс., при этом сильная кислота присутствует в количестве примерно 0,05 % масс. или менее по массе относительно массы крахмала. Затем влажный крахмал подают в экструдер. Находясь в экструдере при температуре головки от примерно 150 ºC (примерно 300 ºF) до примерно 210 ºC (примерно 410 ºF), влажный крахмал подвергается прежелатинизации и кислотной модификации таким образом, что он по меньшей мере частично гидролизуется.
[0022] Целесообразно, если образовавшийся прежелатинизированный частично гидролизованный крахмал характеризуется низким потреблением воды при введении в штукатурную суспензию и согласно некоторым вариантам реализации изобретения его можно применять при производстве плиты (например, гипсовой плиты) с хорошей прочностью. Таким образом, согласно другому аспекту в настоящем изобретении предложен способ изготовления гипсовой плиты с применением крахмала, полученного в одну стадию в экструдере с помощью предложенных в изобретении способов прежелатинизации и кислотной модификации. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения прежелатинизированные частично гидролизованные крахмалы, полученные согласно вариантам реализации настоящего изобретения, характеризуются низким потреблением воды по сравнению с другими прежелатинизированными крахмалами, известными в данной области техники.
[0023] В результате прежелатинизированные частично гидролизованные крахмалы, полученные согласно вариантам реализации настоящего изобретения, можно включить в штукатурную суспензию (например, посредством линии подачи в пальчиковом смесителе) с хорошей текучестью. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения можно включить более высокие количества прежелатинизированных частично гидролизованных крахмалов, полученных согласно вариантам реализации настоящего изобретения, поскольку нет необходимости добавлять в систему избыток воды, так что можно обеспечить даже более высокие прочности и более низкие плотности плиты. Полученная в результате плита проявляет хорошие прочностные свойства (например, имеет хорошие твердость сердечника, сопротивление выдергиванию гвоздей, прочность на сжатие и т.п. или любое соотношение между ними, основанное на любой комбинации значений каждого параметра, описанного в настоящем документе). Включение крахмала, полученного согласно способу, предложенному в настоящем изобретении, при производстве гипсовой плиты предпочтительно позволяет производить продукт ультранизкой плотности благодаря повышению прочности. Гипсовая плита может быть в форме, например, гипсовой стеновой плиты (часто называемой сухим строительным гипсом), которая может включать такую плиту, применяемую не только для стен, но также для потолков и других мест, как известно в данной области техники. Однако крахмал, полученный согласно предложенному способу, может иметь и другие применения, например, в пищевых продуктах.
Прежелатинизация и кислотная модификация
[0024] Крахмалы относятся к углеводам и содержат два типа полисахаридов, а именно линейную амилозу и разветвленный амилопектин. Крахмальные зерна являются полукристаллическими, например, как видно в поляризованном свете, и не растворимы при комнатных температурах. Желатинизация представляет собой процесс, при котором крахмал помещают в воду и нагревают («варят»), так что кристаллическая структура крахмальных зерен плавится и молекулы крахмала растворяются в воде, образуя хорошую дисперсию. Было обнаружено, что при превращении крахмального зерна в желатинизированную форму в начале крахмальное зерно обеспечивает небольшую вязкость в воде, поскольку крахмальные зерна нерастворимы в воде. При повышении температуры крахмальное зерно разбухает, и кристаллическая структура плавится при температуре прежелатинизации. Максимальная вязкость достигается при максимальном набухании крахмального зерна. Дальнейшее нагревание приведет к разрушению крахмальных зерен и растворению молекул крахмала в воде при резком падении вязкости. После охлаждения молекула крахмала будет повторно ассоциировать с образованием 3-D гелеподобной структуры, при этом из-за гелеподобной структуры вязкость увеличивается. Некоторые коммерческие крахмалы продаются в прежелатинизированной форме, тогда как другие продаются в гранулированной форме. Согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения, в отношении гипсовой плиты, гранулированная форма подвергается по меньшей мере некоторой степени прежелатинизации. Для иллюстрации, в отношении гипсовой плиты, крахмал подвергают прежелатинизации до его добавления в гипсовую суспензию, также называемую в настоящем документе штукатурной суспензией (обычно в смесителе, например, пальчиковом смесителе).
[0025] Таким образом, в настоящем документе «прежелатинизированный» означает, что крахмал имеет любую степень прежелатинизации, например, перед его введением в гипсовую суспензию или при использовании в других применениях. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения, относящимся к гипсовой плите, прежелатинизированный крахмал может быть частично желатинизирован при введении в суспензию, но становится полностью желатинизированным при воздействии повышенной температуры, например, в обжиговой печи во время стадии сушки для удаления избытка воды. В некоторых вариантах реализации изобретения, относящихся к гипсовой плите, прежелатинизированный крахмал не является полностью желатинизированным даже при выходе из обжиговой печи, при условии, что крахмал соответствует вязкостной характеристике в среднем диапазоне согласно некоторым вариантам реализации изобретения в условиях согласно способу на основе добавки, модифицирующей вязкость (VMA).
[0026] При упоминании в настоящем документе вязкости, указанная вязкость измерена согласно способу VMA, если не указано иное. Согласно описанному способу вязкость измеряют с применением реометра Discovery HR-2 Hybrid Rheometer (TA Instruments Ltd), оборудованного концентрическим цилиндром, стандартной чашкой (диаметром 30 мм) с геометрией лопасти (диаметром 28 мм и длиной 42,05 м).
[0027] После получения крахмала для определения, является ли крахмал полностью желатинизированным, применяют методы дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC). Стадию DSC можно использовать для наблюдения, является ли крахмал полностью желатинизированным, например, для подтверждения отсутствия ретроградации. Применяют одну из двух методик в зависимости от температуры, необходимой для полной желатинизации крахмала, которую также можно определить с помощью DSC, как будет понятно обычному специалисту в данной области техники.
[0028] Методику 1 используют, когда данные DSC показывают, что крахмал является полностью желатинизированным или имеет температуру желатинизации 90°C или ниже. Методику 2 используют, когда температура желатинизации выше 90°C. Поскольку вязкость измеряют, когда крахмал находится в воде, в методике 2 применяют варку под давлением в герметичном сосуде, что обеспечивает перегревание до температур выше 100°C без заметного испарения воды. Методика 1 предназначена для крахмалов, уже полностью желатинизированных, или для крахмалов с температурой желатинизации до 90°C, поскольку, как описано ниже, желатинизация происходит в реометре, который представляет собой открытую систему и в котором невозможно создать условия повышенного давления для проведения желатинизации. Таким образом, в случае крахмалов с более высокими температурами желатинизации используют методику 2. В любом случае при измерении вязкости крахмал (7,5 г в расчете на сухую массу) добавляют в воду для обеспечения общей массы 50 г.
[0029] В методике 1 крахмал диспергируют в воде (15% крахмала от общей массы крахмала и воды) и пробу сразу же переносят в цилиндрическую ячейку. Ячейку покрывают алюминиевой фольгой. Пробу нагревают от 25°C до 90°C со скоростью 5°С/мин и скоростью сдвига 200 сек-1. Пробу выдерживают при 90°C в течение 10 мин при скорости сдвига 200 сек-1. Пробу охлаждают от 90°C до 80°C со скоростью 5°С/мин и скоростью сдвига 200 сек-1. Пробу выдерживают при 80°C в течение 10 мин при скорости сдвига 0 сек-1. Вязкость пробы измеряют при 80°C и скорости сдвига 100 сек-1 в течение 2 мин. Вязкость представляет собой среднее значение измерения от 30 секунд до 60 секунд.
[0030] Методику 2 применяют для крахмалов с температурой желатинизации, составляющей больше 90°C. Крахмал желатинизируют согласно способам, хорошо известным при производстве крахмала (например, путем варки под давлением). Водный раствор желатинизированного крахмала (15% от общей массы) сразу же переносят в измерительную чашку реометра и приводят в состояние равновесия при 80°C в течение 10 минут. Вязкость пробы измеряют при 80°C и скорости сдвига 100 сек-1 в течение 2 минут. Вязкость представляет собой среднее значение измерения от 30 секунд до 60 секунд.
[0031] Вискограф и DSC представляют собой два других способа описания желатинизации крахмала. Степень желатинизации крахмала можно определить с помощью, например, термограммы, полученной методом DSC, например, используя для расчета площадь пика (плавление кристалла). Вискограмма (полученная на вискографе) является менее желательной для определения степени частичной желатинизации, но представляет собой хороший инструмент для получения таких данных, как изменение вязкости крахмала, максимальная желатинизация, температура желатинизации, ретроградация, вязкость при выдерживании, вязкость в конце охлаждения и т.п. Для определения степени желатинизации измерения DSC выполняют в присутствии избытка воды, в частности, при 67% по массе или выше. При содержании воды в смеси крахмал/вода меньше 67%, температура желатинизации будет увеличиваться по мере уменьшения содержания воды. Кристаллы крахмала трудно поддаются расплавлению, когда количество доступной воды ограничено. При достижении содержания воды в смеси крахмал/вода 67% температура желатинизации будет сохраняться постоянной независимо от того насколько больше воды добавляют в смесь крахмал/вода. Температура начала желатинизации указывает на начальную температуру желатинизации. Температура окончания желатинизации указывает на конечную температуру желатинизации. Энтальпия желатинизации отражает количество кристаллической структуры, расплавленной во время желатинизации. Используя энтальпию, полученную из DSC термограммы крахмала, можно определить степень желатинизации.
[0032] Другие крахмалы имеют другие температуры начала желатинизации, температуры окончания желатинизации и энтальпии желатинизации. Следовательно, другие крахмалы могут стать полностью желатинизированными при других температурах. Следует понимать, что крахмал полностью желатинизируется при его нагревании выше конечной температуры желатинизации при избытке воды. Кроме того, для любого конкретного крахмала, при нагревании крахмала ниже конечной температуры желатинизации крахмал будет желатинизироваться частично. Таким образом, частичная и неполная желатинизация будет происходить в присутствии избытка воды при нагревании крахмала ниже температуры окончания желатинизации, например, как определено с помощью DSC. Полная желатинизация будет происходить в присутствии избытка воды при нагревании крахмала выше температуры окончания желатинизации, например, как определено с помощью DSC. Степень желатинизации можно регулировать различными способами, такими как, например, путем нагревания крахмала ниже температуры окончания желатинизации, что приводит к частичной желатинизации. Например, если энтальпия, необходимая для полной желатинизации крахмала, составляет 4 Дж/г, тогда как данные DSC показывают, что энтальпия желатинизации крахмала составляет только 2 Дж/г, это означает, что было желатинизировано 50% крахмала. Полностью желатинизированный крахмал не будет иметь пик желатинизации на DSC термограмме (энтальпия = 0 Дж/г) при его измерении с помощью DSC.
[0033] Как отмечается, степень желатинизации может иметь любое подходящее значение, такое как примерно 70% или более и т.п. Однако меньшие степени желатинизации будут больше соответствовать гранулированному крахмалу и не позволят в полной мере воспользоваться преимуществами, состоящими в повышении прочности, лучшем (более полном) диспергировании и/или снижении водопотребления, согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения. Таким образом, согласно некоторым вариантам реализации изобретения предпочтительно, что имеется более высокая степень желатинизации, например, по меньшей мере примерно 75%, по меньшей мере примерно 80%, по меньшей мере примерно 85%, по меньшей мере примерно 90%, по меньшей мере примерно 95%, по меньшей мере примерно 97%, по меньшей мере примерно 99%, или полная (100%) желатинизация. В суспензию можно добавить крахмал с более низкой степенью желатинизации, при этом в случае гипсовой плиты в обжиговой печи происходит дополнительная желатинизация (например, до 100%). С точки зрения добавления к суспензии под «полностью желатинизированный» следует понимать, что крахмал вываривают в достаточной мере при его температуре желатинизации или выше или иным образом обеспечивают полную желатинизацию, как можно видеть из данных DSC. Хотя при охлаждении можно ожидать некоторой небольшой степени ретроградации, согласно некоторым вариантам реализации изобретения крахмал по-прежнему следует рассматривать как «полностью желатинизированный» с точки зрения добавления к гипсовой суспензии или применения в других изделиях, как будет понятно обычному специалисту в данной области техники. Напротив, с точки зрения способа VMA, обсуждаемого в настоящем документе, при проведении измерения вязкости такая ретроградация неприемлема.
[0034] Молекулу крахмала можно подвергнуть кислотной модификации, например, для осуществления гидролиза гликозидных связей между звеньями глюкозы и обеспечения требуемой молекулярной массы. Одно из преимуществ кислотной модификации крахмала, которая обеспечивает снижение молекулярной массы, состоит в том, что водопотребление будет уменьшаться. Обычные прежелатинизированные крахмалы, которые также не были модифицированы кислотой, характеризуются очень высоким водопотреблением, которое сопровождается более высокими энергетическими затратами. Обычно полагали, что в общем предпочтительно, когда такая модификация происходит перед желатинизацией, поскольку она обычно является более эффективной и менее высоко затратной. Однако удивительно и неожиданно авторы изобретения обнаружили, что желатинизацию и кислотную модификацию можно объединить в одну стадию таким образом, что указанные процессы могут происходить одновременно, а не последовательно.
Способ получения крахмала
[0035] Согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения влажное крахмалсодержащее вещество-предшественник получают перед поступлением в экструдер. Влажное крахмалсодержащее вещество-предшественник можно получить любым подходящим способом. Например, согласно некоторым вариантам реализации изобретения влажное крахмалсодержащее вещество-предшественник получают путем добавления к крахмалу сырой воды и кислоты, представляющей собой (a) слабую кислоту, которая по существу не образует хелатов с ионами кальция, и/или (b) сильную кислоту в небольшом количестве.
[0036] Для получения влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника можно выбрать любой подходящий крахмалсодержащий сырьевой материал при условии, что его можно использовать для получения прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала, такого как крахмал, соответствующий вязкостной характеристике в среднем диапазоне согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения. В настоящем документе «крахмал» относится к композиции, содержащей крахмальный компонент. По существу, крахмал может представлять собой 100% чистый крахмал или может содержать другие компоненты, такие как компоненты, обычно присутствующие в муке, например, белок и волокно, при условии, что крахмальный компонент составляет по меньшей мере примерно 75% по массе относительно массы крахмальной композиции. Крахмал может быть в форме муки (например, кукурузной муки), содержащей крахмал, например, муки, содержащей по меньшей мере примерно 75% крахмала по массе относительно массы муки, например, по меньшей мере примерно 80%, по меньшей мере примерно 85%, по меньшей мере примерно 90%, по меньшей мере примерно 95% и т.п.). Для получения вещества-предшественника прежелатинизированных частично гидролизованных крахмалов согласно изобретению можно использовать любой подходящий немодифицированный крахмал или муку. Например, крахмал может представлять собой муку из желтой кукурузы CCM260, муку из желтой кукурузы CCF600 (Bunge North America), Clinton 106 (ADM) и/или Midsol 50 (MGP Ingredients).
[0037] Можно получить влажное крахмалсодержащее вещество-предшественник, имеющий любое подходящее влагосодержание, с тем, чтобы что в экструдере можно было обеспечить требуемые уровни прежелатинизации и кислотной модификации. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения, например, желательно, чтобы влажное крахмалсодержащее вещество-предшественник имело влагосодержание от примерно 8 % масс. до примерно 25 % масс. по массе относительно общей массы крахмалсодержащего вещества-предшественника, например, от примерно 8 % масс. до примерно 23 % масс., например, от примерно 8 % масс. до примерно 21 % масс., от примерно 8 % масс. до примерно 20 % масс., от примерно 8 % масс. до примерно 19 % масс., от примерно 8 % масс. до примерно 18 % масс., от примерно 8 % масс. до примерно 17 % масс., от примерно 8 % масс. до примерно 16 % масс., от примерно 8 % масс. до примерно 15 % масс., от примерно 9 % масс. до примерно 25 % масс., от примерно 9 % масс. до примерно 23 % масс., от примерно 9 % масс. до примерно 21 % масс., от примерно 9 % масс. до примерно 20 % масс., от примерно 9 % масс. до примерно 19 % масс., от примерно 9 % масс. до примерно 18 % масс., от примерно 9 % масс. до примерно 17 % масс., от примерно 9 % масс. до примерно 16 % масс., от примерно 9 % масс. до примерно 15 % масс., от примерно 10 % масс. до примерно 25 % масс., от примерно 10 % масс. до примерно 23 % масс., от примерно 10 % масс. до примерно 21 % масс., от примерно 10 % масс. до примерно 20 % масс., от примерно 10 % масс. до примерно 19 % масс., от примерно 10 % масс. до примерно 18 % масс., от примерно 10 % масс. до примерно 17 % масс., от примерно 10 % масс. до примерно 16 % масс., от примерно 10 % масс. до примерно 15 % масс., от примерно 11 % масс. до примерно 25 % масс., от примерно 11 % масс. до примерно 23 % масс., от примерно 11 % масс. до примерно 21 % масс., от примерно 11 % масс. до примерно 20 % масс., от примерно 11 % масс. до примерно 19 % масс., от примерно 11 % масс. до примерно 18 % масс., от примерно 11 % масс. до примерно 17 % масс., от примерно 11 % масс. до примерно 16 % масс., от примерно 11 % масс. до примерно 15 % масс., от примерно 12 % масс. до примерно 25 % масс., от примерно 12 % масс. до примерно 23 % масс., от примерно 12 % масс. до примерно 21 % масс., от примерно 12 % масс. до примерно 20 % масс., от примерно 12 % масс. до примерно 19 % масс., от примерно 12 % масс. до примерно 18 % масс., от примерно 12 % масс. до примерно 17 % масс., от примерно 12 % масс. до примерно 16 % масс., от примерно 12 % масс. до примерно 15 % масс., от примерно 13 % масс. до примерно 25 % масс., от примерно 13 % масс. до примерно 23 % масс., от примерно 13 % масс. до примерно 21 % масс., от примерно 13 % масс. до примерно 20 % масс., от примерно 13 % масс. до примерно 19 % масс., от примерно 13 % масс. до примерно 18 % масс., от примерно 13 % масс. до примерно 17 % масс., от примерно 13 % масс. до примерно 16 % масс., от примерно 13 % масс. до примерно 15 % масс., от примерно 14 % масс. до примерно 25 % масс., от примерно 14 % масс. до примерно 23 % масс., от примерно 14 % масс. до примерно 21 % масс., от примерно 14 % масс. до примерно 20 % масс., от примерно 14 % масс. до примерно 19 % масс., от примерно 14 % масс. до примерно 18 % масс., от примерно 14 % масс. до примерно 17 % масс., от примерно 14 % масс. до примерно 16 % масс. или от примерно 14 % масс. до примерно 15 % масс. в расчете на общую массу влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника. Следует понимать, что при получении влажного крахмала влагосодержание, приведенное в настоящем документе, включает влагу окружающей среды, а также добавленную воду.
[0038] Не желая быть связанными какой-либо конкретной теорией, полагают, что более низкое влагосодержание приводит к большему трению в экструдере. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения можно получить влажный крахмал, имеющий влагосодержание, которое обеспечивает достаточное потребление механической энергии при загрузке влажного крахмала через экструдер с тем, чтобы трение препятствовало слишком легкому перемещению влажного крахмала через экструдер. Повышенное трение может усилить разрушение водородных связей в крахмале.
[0039] Во влажный крахмал можно подмешивать любую подходящую слабую кислоту, которая по существу не образует хелатов с ионами кальция. Не желая быть связанными какой-либо конкретной теорией, хелатообразование включает слабую кислоту, например, образующую координационный комплекс с кальцием или иным образом препятствующую образованию кристаллов гипса внутри гипсовой суспензии. Такое мешающее воздействие может представлять собой уменьшение количества образованных кристаллов гипса, замедление (уменьшение скорости) образования кристаллов, уменьшение взаимодействий между кристаллами гипса и т.п. Термин «по существу» в отношении отсутствия хелатообразования ионов кальция в общем означает, что по меньшей мере 90% (например, по меньшей мере 92%, по меньшей мере 95%, по меньшей мере 96%, по меньшей мере 97%, по меньшей мере 98% или по меньшей мере 99%) имеющихся ионов кальция не образуют хелатных соединений с кислотой.
[0040] Слабые кислоты согласно вариантам реализации настоящего изобретения можно определить как кислоты, имеющие значение pKa от примерно 1 до примерно 6, например, от примерно 1 до примерно 5, от примерно 1 до 4, от примерно 1 до 3, от примерно 1 до 2, от примерно 1,2 до примерно 6, от примерно 1,2 до примерно 5, от примерно 1,2 до примерно 4, от примерно 1,2 до примерно 3, от примерно 1,2 до примерно 2, от примерно 2 до примерно 6, от примерно 2 до примерно 5, от примерно 2 до примерно 4, от примерно 2 до примерно 3, от примерно 3 до примерно 6, от примерно 3 до примерно 5, от примерно 3 до примерно 4, от примерно 4 до примерно 6 или от примерно 4 до примерно 5. Как известно в данной области техники, значение pKa представляет собой меру силы кислоты; чем ниже значение pKa, тем сильнее кислота.
[0041] Слабые кислоты, которые по существу не образуют хелатов с ионами кальция, характеризуются, например, отсутствием мультисвязывающих участков, таких как несколько карбоксильных функциональных групп (COO-), которые обычно связывают ионы кальция. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения слабая кислота имеет минимальное количество мультисвязывающих участков, таких как мульти-COO-группы, или по существу не содержит мультисвязывающих участков, таких как мульти-COO-группы, так что, например, хелатообразование является минимальным (т.е., по существу устранено) или на образование кристаллов гипса по существу не оказывается воздействие по сравнению с образованием кристаллов в отсутствие слабой кислоты. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения, например, сульфат алюминия (квасцы) представляет собой слабую кислоту, подходящую для применения при получении влажного крахмала, поскольку указанный сульфат алюминия по существу не образует хелатов с ионами кальция. Квасцы не имеют мультисвязывающих участков.
[0042] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения квасцы добавляют во влажное крахмалсодержащее вещество-предшественник в любой подходящей форме, например, в жидкости, содержащей квасцы с требуемым содержанием твердой фазы. Например, жидкие квасцы можно включить в водный раствор, в котором квасцы присутствуют в любом подходящем количестве. Подобным образом, можно добавить и другие слабые кислоты.
[0043] Влажный крахмал можно перемешивать для включения любого подходящего количества слабой кислоты, которая по существу не образует хелатов с ионами кальция, так что получают прежелатинизированный частично гидролизованный крахмал с требуемой вязкостью и низким водопотреблением, при этом указанный крахмал не подвергается избыточному гидролизу и не превращается в сахар. Например, согласно некоторым вариантам реализации изобретения указанную слабую кислоту добавляют в количестве от примерно 0,5 % масс. до примерно 5 % масс. в расчете на массу крахмала, например, от примерно 0,5 % масс. до примерно 4,5 % масс., например, от примерно 0,5 % масс. до примерно 4 % масс., от примерно 0,5 % масс. до примерно 3,5 % масс., от примерно 0,5 % масс. до примерно 3 % масс., от примерно 1 % масс. до примерно 5 % масс., от примерно 1 % масс. до примерно 4,5 % масс., от примерно 1 % масс. до примерно 4 % масс., от примерно 1 % масс. до примерно 3,5 % масс., от примерно 1 % масс. до примерно 3 % масс., от примерно 1,5 % масс. до примерно 5 % масс., от примерно 1,5 % масс. до примерно 4,5 % масс., от примерно 1,5 % масс. до примерно 4 % масс., от примерно 1,5 % масс. до примерно 3,5 % масс., от примерно 1,5 % масс. до примерно 3 % масс., от примерно 2 % масс. до примерно 5 % масс., от примерно 2 % масс. до примерно 4,5 % масс., от примерно 2 % масс. до примерно 4 % масс., от примерно 2 % масс. до примерно 3,5 % масс., от примерно 2 % масс. до примерно 3 % масс., от примерно 2,5 % масс. до примерно 5 % масс., от примерно 2,5 % масс. до примерно 4,5 % масс., от примерно 2,5 % масс. до примерно 4 % масс., от примерно 2,5 % масс. до примерно 3,5 % масс. или от примерно 2,5 % масс. до примерно 3 % масс. Следует понимать, что перечисленные количества включают компонент слабой кислоты, и когда слабая кислота находится в растворе, не включают воду или другие компоненты раствора.
[0044] Можно получить влажное крахмалсодержащее вещество-предшественник, необязательно дополнительно содержащий псевдокислоты, которые могут образовывать хелатные соединения с ионом кальция, такие как винная кислота. Таким образом, согласно некоторым вариантам реализации изобретения псевдокислоту, такую как винная кислота, можно объединять с любой подходящей слабой кислотой, которая не образует хелатные соединения с ионами кальция. Как известно, винная кислота замедляет кристаллизацию гипса. Однако в комбинации со слабой кислотой, не образующей хелатные соединения, винная кислота предотвращает значительное замедление кристаллизации гипса, так что происходит оптимизация реакции гидролиза за счет кислотной модификации. Помимо винной кислоты полезными могут быть и другие псевдокислоты, такие как янтарная кислота или яблочная кислота, при условии, что они не превосходят ускоряющее действие квасцов. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения влажное крахмалсодержащее вещество-предшественник включает как квасцы, так и винную кислоту.
[0045] При включении псевдокислоты (например, винная кислота) могут присутствовать в любом подходящем количестве. Например, винная кислота может присутствовать в количестве от примерно 0,1 % масс. до примерно 0,6 % масс. в расчете на массу крахмала, например, от примерно 0,1 % масс. до примерно 0,4 % масс., от примерно 0,2 % масс. до примерно 0,3 % масс.
[0046] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения к влажному крахмалу можно, хотя и необязательно, добавить масло для улучшения перемещаемости крахмала внутри экструдера. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения возможные масла включают масло канолы, растительное масло, кукурузное масло, соевое масло или любую их комбинацию. Например, согласно некоторым вариантам реализации изобретения масло канолы или один из перечисленных выше заменителей можно, хотя и необязательно, добавить в количестве от примерно 0 % масс. до примерно 0,25 % масс. по массе относительно массы крахмала, например, от примерно 0,1 % масс. до примерно 0,2 % масс., от примерно 0,1 % масс. до примерно 0,15 % масс., от примерно 0,15 % масс. до примерно 0,25 % масс., от примерно 0,15 % масс. до примерно 0,2 % масс. или от примерно 0,2 % масс. до примерно 0,25 % масс.
[0047] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения влажное крахмалсодержащее вещество-предшественник получают путем смешивания воды, непрежелатинизированного крахмала и небольшого количества сильной кислоты. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения pKa сильной кислоты составляет примерно -1,7 или менее. Можно использовать любую такую сильную кислоту, при этом согласно некоторым вариантам реализации изобретения сильная кислота содержит серную кислоту, азотную кислоту, соляную кислоту или любую их комбинацию. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения серная кислота, сама по себе или в комбинации с другими кислотами, является предпочтительной, поскольку ион сульфата может ускорять кристаллизацию гипса в вариантах реализации гипсовой плиты.
[0048] Количество сильной кислоты сравнительно небольшое, такое как примерно 0,05 % масс. или менее по массе относительно массы крахмала, например, примерно 0,045 % масс. или менее, примерно 0,04 % масс. или менее, примерно 0,035 % масс. или менее, примерно 0,03 % масс. или менее, примерно 0,025 % масс. или менее, примерно 0,02 % масс. или менее, примерно 0,015 % масс. или менее, примерно 0,01 % масс. или менее, примерно 0,005 % масс. или менее, примерно 0,001 % масс. или менее, примерно 0,0005 % масс. или менее, например, от примерно 0,0001 % масс. до примерно 0,05 % масс., от примерно 0,0001 % масс. до примерно 0,045 % масс., от примерно 0,0001 % масс. до примерно 0,04 % масс., от примерно 0,0001 % масс. до примерно 0,035 % масс., от примерно 0,0001 % масс. до примерно 0,03 % масс., от примерно 0,0001 % масс. до примерно 0,025 % масс., от примерно от примерно 0,0001 % масс. до примерно 0,02 % масс., от примерно 0,0001 % масс. до примерно 0,015 % масс., от примерно 0,0001 % масс. до примерно 0,01 % масс., от примерно 0,0001 % масс. до примерно 0,005 % масс., от примерно 0,0001 % масс. до примерно 0,001 % масс., от примерно 0,0001 % масс. до примерно 0,0005 % масс. по массе относительно массы крахмала. Следует понимать, что указанные количества включают компонент сильной кислоты, и когда сильная кислота находится в растворе, не включают воду или другие компоненты раствора. Например, при обычной модификации сильной кислотой используют 2% раствор серной кислоты с содержанием твердой крахмальной фазы ~35% (2 г серной кислоты на 35 г крахмала). Процентное содержание основано на компонентах чистой серной кислоты. Указанное содержание рассчитывают как массу компонента серной кислоты, деленную на массу влажного крахмала. Например, если чистота серной кислоты составляет 50% (что означает, что половина массы раствора представляет собой чистую серную кислоту), то массу раствора серной кислоты увеличивают вдвое. Для иллюстрации, для обеспечения концентрации 0,1 % масс. на 100 г крахмала добавляют 0,1 г чистой серной кислоты. Если концентрация раствора серной кислоты составляет 50%, для обеспечения концентрации 0,1 % масс. добавляют 0,2 г 50% раствора серной кислоты.
[0049] Следует понимать, что существуют разные марки кислот (>95%, 98%, 99,99%). Эти различия учтены термином «примерно» в отношении количества сильной кислоты в крахмалсодержащем веществе-предшественнике. Обычный специалист в данной области техники легко сможет определить % масс., описанный в настоящем документе, используемый для включения кислот других марок. Количества сильной кислоты, применяемой согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения, значительно меньшие, чем количества, которые добавляли в обычные используемые системы, например, по меньшей мере примерно 2 г серной кислоты на 35 г крахмала. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения сильную кислоту в небольших количествах, как описано выше, можно использовать в комбинации со слабой кислотой, которая не образует хелатные соединения с ионами кальция, такой как квасцы, описанные в настоящем документе.
[0050] Варианты реализации настоящего изобретения обеспечивают подачу влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника через экструдер таким образом, чтобы влажное крахмалсодержащее вещество-предшественник подвергалось в экструдере прежелатинизации и кислотной модификации в одну стадию. Следует понимать, что экструдер представляет собой станок, обычно применяемый для плавления и обработки полимеров для получения требуемой формы путем плавления полимера и прокачивания его через головку. Экструдер также позволяет смешивать полимер с другими ингредиентами, такими как краситель, армирующие волокна, минеральные наполнители и т.п. Назначение экструдера состоит в диспергировании и распределении всех загружаемых в него ингредиентов и расплавлении указанных ингредиентов при постоянной температуре и давлении.
[0051] В данной области техники известны конфигурации и устройства для экструдеров. В общем, экструдер содержит загрузочный бункер для доставки загружаемого материала, предкондиционер, содержащий нагревательные рубашки для кондиционирования полимера с помощью пластификатора (например, воды), экструзионную модульную головку, содержащую зону нагревания, и головку в сборке. Экструдеры в общем содержат загрузочный шнек, нож и шнек(и). Загрузочный шнек используют для транспортировки влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника в экструдер. Нож используют для разрезания веревчатого прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала на маленькие таблетки с тем, чтобы их можно было измельчить. Шнек(и) помогают перемешивать влажное крахмалсодержащее вещество-предшественник, транспортировать влажное крахмалсодержащее вещество-предшественник через экструдер и обеспечивают механический сдвиг. Экструдер может быть одношнековым или двухшнековым, как будет понятно обычному специалисту в данной области техники. См., например, Leszek Moscicki, Extrusion-Cooking Techniques, WILEY-VCH Verlag & Co. KGaA, 2011.
[0052] В одношнековых экструдерах шнек обычно содержит загрузочную зону с глубокими каналами для транспортировки твердой фазы из отверстия загрузочного устройства и ее сжатия, зону сжатия, в которой каналы шнека становятся постепенно менее глубокими и полимер плавится, и зону дозирования с неглубокими каналами, которая перемещает расплавленный полимер в головку. Некоторые шнеки выполнены с возможностью добавления смесительных устройств (например, штифтов, проходящих от шнека).
[0053] Двухшнековые экструдеры, как правило, имеют два шнека, которые вращаются либо в одинаковом направлении (т.е., вращение в одном направлении), либо в противоположных направлениях (т.е., противоположное вращение). Два шнека могут вращаться с помощью не зацепляющихся или полностью зацепляющихся винтов. Если в случае одношнековых экструдеров подаваемый материал заполняет весь рабочий канал экструдера, в случае двухшнековых экструдеров заполнена только часть рабочего канала, так что расположенные ниже загрузочные или входные отверстия можно использовать для добавления некоторых ингредиентов.
[0054] Головка в сборке обычно содержит пластину, прокладку и головку червячного пресса. При экструдировании материалов указанный процесс может быть либо непрерывным, при этом экструдируют материал неопределенной длины, или полунепрерывным, при этом материал экструдируют по частям. Материалы, подвергаемые экструдированию, могут быть горячими или холодными.
[0055] В настоящем изобретении предложен способ получения прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала в экструдере. Можно использовать любой подходящий экструдер, такой как одношнековый экструдер (например, экструдер Advantage 50, который можно приобрести в компании American International, расположенной в Юг Белойт, Иллинойс) или двухшнековый экструдер (например, экструдер Wenger TX52, который можно приобрести в компании Wenger, расположенной в Сабете, Канзас).
[0056] Как описано в настоящем документе, непрежелатинизированный крахмал, кислоту в форме слабой кислоты, которая по существу не образует хелатов с ионами кальция, и/или сильную кислоту в небольшом количестве и воду смешивают и подают в экструдер. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения в экструдер можно ввести дополнительное количество воды. Хотя в экструдере сочетание нагревательных элементов и механического сдвига приводит к расплавлению и прежелатинизации крахмала, слабая кислота частично гидролизует крахмал до требуемой молекулярной массы, показателем которой является требуемая вязкость, как описано в настоящем документе. Условия в экструдере, благодаря механической энергии также будут вызывать разрушение молекул крахмала, что отчасти производит тот же эффект, что и кислотная модификация. Полагают, что поскольку согласно некоторым вариантам реализации изобретения условия в экструдере (например, высокая температура и высокое давление реакции) способствуют такой химической реакции, можно использовать слабую кислоту и/или низкие количества сильной кислоты. Таким образом, предложенный в изобретении способ улучшает эффективность кислотной модификации крахмала.
[0057] Основной шнек(и) может работать с любой подходящей скоростью с тем, чтобы обеспечить требуемое смешивание и механический сдвиг. Например, согласно некоторым вариантам реализации изобретения основной шнек может работать со скоростью примерно 350 об/мин (± примерно 100 об/мин). Загрузочный шнек может работать с любой подходящей скоростью для обеспечения требуемой скорости подачи. Например, согласно некоторым вариантам реализации изобретения загрузочный шнек может работать со скоростью примерно 14 об/мин (± примерно 5 об/мин).
[0058] Нож может работать с любой подходящей скоростью. Например, согласно различным вариантам реализации изобретения нож может работать со скоростью от примерно 400 об/мин до примерно 1000 об/мин, например, от примерно 400 об/мин до примерно 900 об/мин, от примерно 400 об/мин до примерно 800 об/мин, от примерно 400 об/мин до примерно 700 об/мин, от примерно 400 об/мин до примерно 600 об/мин, от примерно 400 об/мин до примерно 500 об/мин, от примерно 500 об/мин до примерно 1000 об/мин, от примерно 500 об/мин до примерно 900 об/мин, от примерно 500 об/мин до примерно 800 об/мин, от примерно 500 об/мин до примерно 700 об/мин, от примерно 500 об/мин до примерно 600 об/мин, от примерно 600 об/мин до примерно 1000 об/мин, от примерно 600 об/мин до примерно 900 об/мин, от примерно 600 об/мин до примерно 800 об/мин, от примерно 600 об/мин до примерно 700 об/мин, от примерно 700 об/мин до примерно 1000 об/мин, от примерно 700 об/мин до примерно 900 об/мин, от примерно 700 об/мин до примерно 800 об/мин, от примерно 800 об/мин до примерно 1000 об/мин, от примерно 800 об/мин до примерно 900 об/мин или от примерно 900 об/мин до примерно 1000 об/мин.
[0059] Влажный крахмал можно желатинизовать и модифицировать кислотой в экструдере с головкой при любой подходящей температуре таким образом, чтобы влажный крахмал стал достаточно желатинизованным без горения материалов. Например, влажный крахмал можно желатинизовать и модифицировать кислотой в экструдере с головкой при температуре от примерно 150 ºC (примерно 300 ºF) до примерно 210 ºC (примерно 410 ºF), например, согласно различным вариантам реализации изобретения от примерно 150 ºC до примерно 205 ºC (примерно 400 ºF), от примерно 150 ºC до примерно 199 ºC (примерно 390 ºF), от примерно 150 ºC до примерно 193 ºC (примерно 380 ºF), от примерно 150 ºC до примерно 188 ºC (примерно 370 ºF), от примерно 150 ºC до примерно 182 ºC (примерно 360 ºF), от примерно 154 ºC (примерно 310 ºF) до примерно 210 ºC, от примерно 154 ºC до примерно 205 ºC (примерно 400 ºF), от примерно 154 ºC до примерно 199 ºC, от примерно 154 ºC до примерно 193 ºC, от примерно 154 ºC до примерно 188 ºC, от примерно 154 ºC до примерно 182 ºC, от примерно 160 ºC (примерно 320 ºF) до примерно 210 ºC, от примерно 160 ºC до примерно 205 ºC (примерно 400 ºF), от примерно 160 ºC до примерно 199 ºC, от примерно 160 ºC до примерно 193 ºC, от примерно 160 ºC до примерно 188 ºC, от примерно 160 ºC до примерно 182 ºC, от примерно 166 ºC (примерно 330 ºF) до примерно 210 ºC, от примерно 166 ºC до примерно 205 ºC, от примерно 166 ºC до примерно 199 ºC, от примерно 166 ºC до примерно 193 ºC, от примерно 166 ºC до примерно 188 ºC, от примерно 166 ºC до примерно 182 ºC, от примерно 171 ºC (примерно 340 ºF) до примерно 210 ºC, от примерно 171 ºC до примерно 205 ºC, от примерно 171 ºC до примерно 199 ºC, от примерно 171 ºC до примерно 193 ºC, от примерно 171 ºC до примерно 188 ºC, от примерно 171 ºC до примерно 182 ºC, от примерно 177 ºC (примерно 350 ºF) до примерно 210 ºC, от примерно 177 ºC до примерно 205 ºC, от примерно 177 ºC до примерно 199 ºC, от примерно 177 ºC до примерно 193 ºC, от примерно 177 ºC до примерно 188 ºC или от примерно 177 ºC до примерно 182 ºC. Хотя головка экструдера может иметь любую достаточную температуру, как описано в настоящем документе, температура головки, в общем, превышает температуру плавления кристаллов крахмала.
[0060] Степень желатинизации может иметь любое подходящее значение, например, по меньшей мере примерно 70% или больше, например, по меньшей мере примерно 75%, по меньшей мере примерно 80%, по меньшей мере примерно 85%, по меньшей мере примерно 90%, по меньшей мере примерно 95%, по меньшей мере примерно 97%, по меньшей мере примерно 99% или может иметь место полная (100%) желатинизация. В случае изготовления стеновой плиты, как описано ниже, в штукатурную суспензию можно добавить крахмал с такими более низкими степенями желатинизации, при этом, например, дополнительная желатинизация (например, до 100%) происходит в обжиговой печи.
[0061] Давление в экструдере может находиться на любом подходящем уровне с тем, чтобы обеспечить подходящие условия для прежелатинизации и кислотной модификации. Давление внутри экструдера определяется сырьевым материалом, подвергаемым экструдированию, влагосодержанием, температурой головки и скоростью вращения шнека, которые будут приниматься во внимание обычным специалистом в данной области техники. Например, давление в экструдере может составлять по меньшей мере примерно 2000 psi (примерно 13800 кПа), например, по меньшей мере примерно 2250 psi (примерно 15500 кПа), по меньшей мере примерно 2500 psi (примерно 17200 кПа), по меньшей мере примерно 2750 psi (примерно 19000 кПа), по меньшей мере примерно 3000 psi (примерно 20700 кПа), по меньшей мере примерно 3500 psi (примерно 24100 кПа), по меньшей мере примерно 4000 psi (примерно 27600 кПа) или по меньшей мере примерно 4500 psi (примерно 31000 кПа). Согласно некоторым вариантам реализации изобретения давление может составлять от примерно 2000 psi (примерно 13800 кПа) до примерно 5000 psi (примерно 34500 кПа), например, от примерно 2000 psi (примерно 13800 кПа) до примерно 4500 psi (примерно 31000 кПа), от примерно 2000 psi (примерно 13800 кПа) до примерно 4000 psi (примерно 27600 кПа), от примерно 2000 psi (примерно 13800 кПа) до примерно 3500 psi (примерно 24100 кПа), от примерно 2000 psi (примерно 13800 кПа) до примерно 3000 psi (примерно 20700 кПа), от примерно 2000 psi (примерно 13800 кПа) до примерно 2500 psi (примерно 17200 кПа), от примерно 2500 psi (примерно 17200 кПа) до примерно 5000 psi (примерно 34500 кПа), от примерно 2500 psi (примерно 17200 кПа) до примерно 4500 psi (примерно 31000 кПа), от примерно 2500 psi (примерно 17200 кПа) до примерно 4000 psi (примерно 27600 кПа), от примерно 2500 psi (примерно 17200 кПа) до примерно 3500 psi (примерно 24100 кПа), от примерно 2500 psi (примерно 17200 кПа) до примерно 3000 psi (примерно 20700 кПа), от примерно 3000 psi (примерно 20700 кПа) до примерно 5000 psi (примерно 34500 кПа), от примерно 3000 psi (примерно 20700 кПа) до примерно 4500 psi (примерно 31000 кПа), от примерно 3000 psi (примерно 20700 кПа) до примерно 4000 psi (примерно 27600 кПа), от примерно 3000 psi (примерно 20700 кПа) до примерно 3500 psi (примерно 24100 кПа), от примерно 3500 psi (примерно 24100 кПа) до примерно 5000 psi (примерно 34500 кПа), от примерно 4000 psi (примерно 27600 кПа) до примерно 5000 psi (примерно 34500 кПа), от примерно 4000 psi (примерно 27600 кПа) до примерно 4500 psi (примерно 31000 кПа) или от примерно 4500 psi (примерно 31000 кПа) до примерно 5000 psi (примерно 34500 кПа).
[0062] Удивительно и неожиданно было обнаружено, что предложенный в изобретении способ получения в экструдере прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала в одну стадию является значительно более быстрым, чем прежелатинизация и кислотная модификация крахмала в две стадии, проводимые последовательно. Значительно большие количества прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала можно получить с помощью предложенного в изобретении способа, чем крахмала, полученного любым другим способом. Более высокий объем производства и более быстрая скорость выпуска продукции обусловлены высокой скоростью реакции при высокой температуре и/или высоком давлении. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения прежелатинизация и кислотная модификация происходят в течение менее примерно 5 минут, например, менее примерно 4 минут, например, менее примерно 3 минут, менее примерно 2 минут, менее примерно 90 секунд, менее примерно 75 секунд, менее примерно 1 минуты, менее примерно 45 секунд, менее примерно 30 секунд, менее примерно 25 секунд, менее примерно 20 секунд, менее примерно 15 секунд или менее чем примерно 10 секунд. Кроме того, согласно некоторым вариантам реализации изобретения прежелатинизация и кислотная модификация происходят в экструдере со скоростью, ограниченной любыми двумя из перечисленных выше значений. Например, скорость прежелатинизации и кислотной модификации может составлять от примерно 10 секунд до 5 минут, например, от примерно 10 секунд до примерно 4 минут, от примерно 10 секунд до примерно 3 минут, от примерно 10 секунд до примерно 2 минут, от примерно 10 секунд до примерно 90 секунд, от примерно 10 секунд до примерно 75 секунд, от примерно 10 секунд до примерно 1 минуты, от примерно 10 секунд до примерно 45 секунд, от примерно 10 секунд до примерно 30 секунд, от примерно 10 секунд до примерно 25 секунд, от примерно 10 секунд до примерно 20 секунд или от примерно 10 секунд до примерно 15 секунд.
[0063] Предложенный в изобретении способ получения прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала может представлять собой непрерывный процесс, протекающий с любой достаточной скоростью. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения крахмал подвергают прежелатинизации и кислотной модификации при скорости выпуска продукции в экструдере, составляющей по меньшей мере примерно 100 кг/час, например, по меньшей мере примерно 150 кг/час, по меньшей мере примерно 200 кг/час, по меньшей мере примерно 250 кг/час, по меньшей мере примерно 300 кг/час, по меньшей мере примерно 350 кг/час, по меньшей мере примерно 400 кг/час, по меньшей мере примерно 450 кг/час, 500 кг/час, по меньшей мере примерно 550 кг/час, например, по меньшей мере примерно 600 кг/час, по меньшей мере примерно 650 кг/час, по меньшей мере примерно 700 кг/час, по меньшей мере примерно 750 кг/час, по меньшей мере примерно 800 кг/час, по меньшей мере примерно 850 кг/час, по меньшей мере примерно 900 кг/час, по меньшей мере примерно 950 кг/час, по меньшей мере примерно 1000 кг/час, по меньшей мере примерно 1050 кг/час, по меньшей мере примерно 1100 кг/час, по меньшей мере примерно 1150 кг/час, по меньшей мере примерно 1200 кг/час, по меньшей мере примерно 1250 кг/час, по меньшей мере примерно 1300 кг/час, по меньшей мере примерно 1350 кг/час, по меньшей мере примерно 1400 кг/час, по меньшей мере примерно 1450 кг/час или по меньшей мере примерно 1500 кг/час. Кроме того, согласно некоторым вариантам реализации изобретения скорость выпуска продукции в экструдере может быть ограничена любыми двумя из перечисленных выше значений. Например, скорость выпуска продукции может составлять от примерно 100 кг/час до примерно 1500 кг/час (например, от примерно 100 кг/час до примерно 1500 кг/час, от примерно 100 кг/час до 1000 кг/час, от примерно 250 кг/час до примерно 1500 кг/час, от примерно 250 кг/час до примерно 1000 кг/час, от примерно 600 кг/час до примерно 1250 кг/час, от примерно 650 кг/час до примерно 1200 кг/час, от примерно 700 кг/час до примерно 1100 кг/час, от примерно 750 кг/час до примерно 1000 кг/час и т.п.).
[0064] Авторами изобретения было обнаружено, что согласно некоторым вариантам реализации изобретения условия в экструдере (например, высокая температура и высокое давление) особенно способствуют эффективной и достаточной прежелатинизации и кислотной модификации крахмала в одну стадию. При перемешивании влажного крахмала в экструдере, он создает очень высокое трение, что, тем самым, приводит к выделению тепла. Под действием шнека в экструдере возникает сила сдвига, поскольку расстояние между шнеком и камерой в экструдере очень маленькое. Удельная механическая энергия (SME) описывает механическую энергию объекта на единицу массы. SME будет зависеть от влагосодержания. Более высокое влагосодержание (например, в целях текучести) приведет к низкой вязкости и низкому трению и, таким образом, меньшему значению SME. При наличие большего количества влаги SME будет иметь меньшее значение вследствие низкой вязкости и низкого трения. Содержание влаги во влажном крахмалсодержащем веществе-предшественнике согласно изобретению, описанному в настоящем документе, обеспечивает эффективную SME.
[0065] В экструдере благодаря условиям, обеспеченным вариантами реализации настоящего изобретения, описанным в настоящем документе, крахмал желатинизуется с высокой эффективностью. Не желая быть связанными какой-либо конкретной теорией, полагают, что хорошее смешивание в экструдере согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения требует меньшее количество воды для протекания реакции в экструдере. Очень низкое влагосодержание способствует высокой концентрации реагента, что может ускорять скорость химической реакции. Высокая температура экструдера также значительно увеличивает скорость реакции. Когда крахмал выходит из экструдера, реакция уже произошла, так что крахмал является прежелатинизированным и частично гидролизованным.
[0066] При обычной кислотной модификации крахмал добавляют в раствор сильной кислоты. В таком общепринятом способе используют значительно больше воды и кислоты, чем при применении удивительного и неожиданного способа, включающего одновременные, а не последовательные, процессы прежелатинизации и кислотной модификации крахмала в одну стадию в экструдере, как описано в настоящем документе. Обычная кислотная модификация занимает несколько часов. После того, как реакция произошла, кислоту необходимо нейтрализовать, очистить и промыть. Указанные стадии нейтрализации и очистки занимают много времени и являются дорогостоящими.
[0067] До удивительного и неожиданного обнаружения, сделанного авторами изобретения, считалось нежелательным при обычной кислотной модификации использовать слабую кислоту, которая по существу не образует хелатов с ионами кальция, или сильную кислоту в небольшом количестве. Это связано с тем, что в общепринятом способе чем слабее кислота или чем меньше количество сильной кислоты, тем больше времени занимает кислотная модификация. Таким образом, при обычной кислотной модификации было желательно использовать сильную кислоту (например, с pKa ниже примерно -1,7) в больших количествах. Удивительно и неожиданно, что при получении прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала в экструдере согласно вариантам реализации настоящего изобретения с использованием слабой кислоты или сильной кислоты в небольшом количестве, как описано в настоящем документе, нет необходимости в стадиях нейтрализации и очистки благодаря слабокислым условиям и меньшему мешающему воздействию на кристаллизацию гипса, соответственно. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения кислота все еще может присутствовать в прежелатинизированном частично гидролизованном крахмале.
Свойства крахмала и преимущества применения крахмала в гипсовой плите
[0068] Крахмал, полученный в экструдере согласно вариантам реализации настоящего изобретения, может представлять собой любой прежелатинизированный частично гидролизованный крахмал. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения можно получить крахмал, имеющий различные свойства, при необходимости (например, вязкость в среднем диапазоне, растворимость в холодной воде, вязкость в холодной воде и т.п.), как описано в настоящем документе.
[0069] Прежелатинизированные частично гидролизованные крахмалы, полученные в экструдере согласно вариантам реализации настоящего изобретения, могут подходить для применения в гипсовой плите. В случае применения в гипсовой плите, например, прежелатинизация и кислотная модификация являются ценными, например, для придания прочности путем обеспечения требуемой вязкости (и, следовательно, диапазона молекулярной массы) согласно вариантам реализации настоящего изобретения, как описано в настоящем документе. В предложенном способе получения стеновой плиты, описанном в настоящем документе, степень желатинизации крахмала, добавляемого в штукатурную суспензию, может составлять по меньшей мере примерно 70%, например, по меньшей мере примерно 75%, по меньшей мере примерно 80%, по меньшей мере примерно 85%, по меньшей мере примерно 90%, по меньшей мере примерно 95%, по меньшей мере примерно 97% или 100% (т.е., крахмал является полностью желатинизированным).
[0070] Кроме того, согласно вариантам реализации настоящего изобретения подача в экструдер влажного крахмала, содержащего слабую кислоту, которая по существу не образует хелатов с ионами кальция, как описано в настоящем документе, позволяет гидролизовать крахмал таким образом, чтобы обеспечить требуемую вязкость, что, соответственно, указывает на достижение требуемого диапазона молекулярной массы. Вязкость, тем самым, является показателем молекулярной массы прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала, как будет понятно обычному специалисту в данной области техники.
[0071] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения можно получить прежелатинизированный частично гидролизованный крахмал, полученный согласно вариантам реализации настоящего изобретения, имеющий любую подходящую вязкость. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения указанную вязкость характеризуют как вязкость «в среднем диапазоне» (т.е., вязкость в диапазоне от примерно 20 сантипуаз до примерно 700 сантипуаз), когда прежелатинизированный частично гидролизованный крахмал подвергают условиям согласно способу VMA при применении прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала в воде в количестве 15% по массе относительно общей массы прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала и воды. Таким образом, способ VMA применяют для определения, имеет ли прежелатинизированный частично гидролизованный крахмал вязкостную характеристику в среднем диапазоне при воздействии условий согласно способу VMA. Это не означает, что прежелатинизированный частично гидролизованный крахмал должен быть добавлен в гипсовую суспензию при таких условиях. Скорее, при добавлении прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала к суспензии он может находиться во влажной (при различных концентрациях крахмала в воде) или сухой формах и не обязательно должен быть полностью желатинизирован, как описано в настоящем документе, или иным образом находиться в условиях, описанных в способе VMA.
[0072] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения вязкость в среднем диапазоне прежелатинизированного крахмала может составлять от примерно 20 сантипуаз до примерно 700 сантипуаз, например, от примерно 20 сантипуаз до примерно 500 сантипуаз, от примерно 30 сантипуаз до примерно 200 сантипуаз или от примерно 100 сантипуаз до примерно 700 сантипуаз. Согласно вариантам реализации настоящего изобретения вязкость прежелатинизированного крахмала при испытании согласно способу VMA может иметь значения, например, перечисленные ниже в таблицах 1A, 1B и 1C. В указанных таблицах «X» представляет диапазон «от примерно [соответствующего значения в верхней строке] до примерно [соответствующего значения в самом левом столбце]». Указанные значения представляют собой вязкость прежелатинизированного крахмала в сантипуазах. Для простоты представления следует понимать, что каждое значение представляет собой «примерно» указанное значение. Например, первый «X» в таблице 1A находится в диапазоне «от примерно 20 сантипуаз до примерно 25 сантипуаз».
Таблица 1A
| Начальное значение диапазона вязкости (сантипуаз) | |||||||||||||
| Конечное значение диапазона вязкости (сантипуаз) | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 | 60 | 65 | 70 | 75 | |
| 25 | X | ||||||||||||
| 30 | X | X | |||||||||||
| 35 | X | X | X | ||||||||||
| 40 | X | X | X | X | |||||||||
| 45 | X | X | X | X | X | ||||||||
| 50 | X | X | X | X | X | X | |||||||
| 55 | X | X | X | X | X | X | X | ||||||
| 60 | X | X | X | X | X | X | X | X | |||||
| 65 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | ||||
| 70 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |||
| 75 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | ||
| 100 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 125 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 150 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 175 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 200 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 225 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 250 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 275 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 300 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 325 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 350 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 375 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 400 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 425 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 450 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 475 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 500 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 525 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 550 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 575 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 600 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 625 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 650 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 675 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 700 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X |
Таблица 1B
| Начальное значение диапазона вязкости (сантипуаз) | |||||||||||||
| Конечное значение диапазона вязкости (сантипуаз) | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 | 300 | 325 | 350 | 375 | |
| 125 | X | ||||||||||||
| 150 | X | X | |||||||||||
| 175 | X | X | X | ||||||||||
| 200 | X | X | X | X | |||||||||
| 225 | X | X | X | X | X | ||||||||
| 250 | X | X | X | X | X | X | |||||||
| 275 | X | X | X | X | X | X | X | ||||||
| 300 | X | X | X | X | X | X | X | X | |||||
| 325 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | ||||
| 350 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |||
| 375 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | ||
| 400 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 425 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 450 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 475 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 500 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 525 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 550 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 575 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 600 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 625 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 650 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 675 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 700 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X |
Таблица 1C
| Начальное значение диапазона вязкости (сантипуаз) | |||||||||||||
| Конечное значение диапазона вязкости (сантипуаз) | 400 | 425 | 450 | 475 | 500 | 525 | 550 | 575 | 600 | 625 | 650 | 675 | |
| 425 | X | ||||||||||||
| 450 | X | X | |||||||||||
| 475 | X | X | X | ||||||||||
| 500 | X | X | X | X | |||||||||
| 525 | X | X | X | X | X | ||||||||
| 550 | X | X | X | X | X | X | |||||||
| 575 | X | X | X | X | X | X | X | ||||||
| 600 | X | X | X | X | X | X | X | X | |||||
| 625 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | ||||
| 650 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |||
| 675 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | ||
| 700 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X |
[0073] Таким образом, вязкость прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала, полученного согласно вариантам реализации настоящего изобретения, может лежать в диапазоне между любыми из перечисленных выше конечных точек, приведенных в таблицах 1A, 1B или 1C, и включает указанные точки. Альтернативно, согласно некоторым вариантам реализации изобретения прежелатинизированный частично гидролизованный крахмал имеет вязкость (10% твердой фазы, 93 ºC) от примерно 5 единиц Брабендера (BU) до примерно 33 BU, измеренную согласно способу Брабендера, описанному в настоящем документе, например, от примерно 10 BU до примерно 30 BU, от примерно 12 BU до примерно 25 BU или от примерно 15 BU до примерно 20 BU.
[0074] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения прежелатинизированные частично гидролизованные крахмалы, полученные согласно вариантам реализации настоящего изобретения, могут обеспечить значительные преимущества в отношении прочности продукта (например, стеновой плиты), в котором их применяют. Поскольку крахмал содержит мономеры глюкозы, содержащие три гидроксильные группы, крахмал предоставляет много участков для образования водородных связей с кристаллами гипса. Не желая быть связанными какой-либо конкретной теорией, полагают, что молекулярный размер прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала, полученного согласно вариантам реализации настоящего изобретения, обеспечивает оптимальную подвижность молекул крахмала и позволяет молекулам крахмала сгруппироваться вокруг кристаллов гипса, что способствует хорошему связыванию крахмала с кристаллами гипса и укрепляет образовавшуюся кристаллическую гипсовую матрицу, например, посредством образования водородных связей.
[0075] Обычные прежелатинизированные крахмалы, полученные согласно другому способу, а не способом, который описан в настоящем документе, например, имеющие вязкости за пределами среднего диапазона, которые будут иметь либо более длинные цепи и более высокую молекулярную массу (вязкость, которая слишком высокая), либо более короткие цепи и более низкие молекулярные массы (вязкость, которая слишком низкая), соответственно, не обеспечивают такое же сочетание преимуществ. Кроме того, полагают, что с точки зрения эффективности крахмала, когда молекулы крахмала в достаточной мере связываются с кристаллами гипса, дополнительное количество крахмала не добавляет значительного преимущества, поскольку кристаллы уже связаны, так что отсутствуют какие-либо дополнительные участки в гипсовых кристаллах, с которыми крахмал может склеиваться или связываться. Соответственно, благодаря оптимальному связыванию кристаллов гипса и молекул прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала, полученного согласно вариантам реализации настоящего изобретения, прочность кристаллической гипсовой матрицы увеличивается, при этом требуется меньшее количество крахмала для обеспечения такой прочности по сравнению с обычными крахмалами. Авторы изобретения обнаружили, что молекулы растворенного крахмала, например, с вязкостью в среднем диапазоне (что означает молекулярную массу крахмала в среднем диапазоне) обеспечивают оптимальную подвижность молекул крахмала, что позволяет молекулам крахмала сгруппироваться с кристаллами гипса и способствует хорошему водородному связыванию крахмала и гипса и прочности сердечника согласно некоторым вариантам реализации изобретения.
[0076] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения прежелатинизированный частично гидролизованный крахмал, полученный согласно некоторым вариантам реализации изобретения, также обеспечивает преимущества в отношении водопотребления. Добавление к гипсовой суспензии обычного прежелатинизированного крахмала требует добавления дополнительного количества воды к гипсовой суспензии для поддержания требуемой степени текучести суспензии. Это связано с тем, что обычный прежелатинизированный крахмал увеличивает вязкость и уменьшает текучесть гипсовой суспензии. Таким образом, применение прежелатинизированного крахмала в обычных системах привело бы к увеличению потребления воды таким образом, что в гипсовой суспензии потребовался бы даже больший избыток воды.
[0077] Удивительно и неожиданно, что прежелатинизированный частично гидролизованный крахмал, полученный согласно вариантам реализации настоящего изобретения, в частности, с требуемой вязкостью в среднем диапазоне, требует меньшего количества воды, так что влияние на водопотребление в гипсовой суспензии уменьшается, особенно по сравнению с обычными крахмалами. Кроме того, благодаря эффективности прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала, полученного согласно вариантам реализации настоящего изобретения таким образом, что можно использовать меньшее количество крахмала, положительное влияние на водопотребление может быть даже более значительным согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения. Такое более низкое потребление воды обеспечивает значительную эффективность при производстве. Например, избыток воды требует подвод энергии для сушки. При проведении сушки должна быть уменьшена скорость технологической линии. Таким образом, за счет уменьшения количества воды в гипсовой суспензии можно потратить меньше энергоресурсов и уменьшить затраты, а также обеспечить большую производительность. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения увеличение водопотребления гипсовой суспензии меньше, чем увеличение водопотребления, необходимое при применении других крахмалов, таких как прежелатинизированные крахмалы с вязкостью выше 700 сантипуаз (например, примерно 773 сантипуаз), например, полученные другим способом.
[0078] Для получения прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала можно выбрать любой подходящий непрежелатинизированный крахмал при условии, что его достаточно для прежелатинизации и кислотной модификации в экструдере. В настоящем документе, «крахмал» относится к композиции, содержащей крахмальный компонент. По существу, крахмал может представлять собой 100% чистый крахмал или может содержать другие компоненты, например, компоненты, обычно присутствующие в муке, такие как белок и волокно, при условии, что крахмальный компонент составляет по меньшей мере примерно 75% по массе относительно массы крахмальной композиции. Крахмал может быть в форме муки (например, кукурузной муки), содержащей крахмал, например, муки, содержащей по меньшей мере примерно 75% крахмала по массе относительно массы муки, например, по меньшей мере примерно 80%, по меньшей мере примерно 85%, по меньшей мере примерно 90%, по меньшей мере примерно 95% и т.п.). В качестве примера, а не для ограничения, крахмал может быть в форме кукурузной муки, содержащей крахмал.
[0079] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения можно получить прежелатинизированный частично гидролизованный крахмал, полученный согласно вариантам реализации настоящего изобретения, имеющий требуемую растворимость в холодной воде. Обычные методы прежелатинизации включают получение крахмала, растворимого в холодной воде, и в общем требуют варки крахмала в избыточном количестве воды. Однако указанные обычные методы не являются эффективными. Экструзия согласно вариантам реализации настоящего изобретения, обеспечивающая сочетание нагревания и механического сдвига, удивительно и неожиданно представляет собой энергосберегающий способ, который можно использовать для получения в одностадийном процессе прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала, имеющего низкое влагосодержание при растворимости в холодной воде. Растворимость в холодной воде определяют как наличие любой степени растворимости в воде при комнатной температуре (примерно 25°C). Было обнаружено, что крахмалы, проявляющие растворимость в холодной воде, могут обеспечивать значительные преимущества в отношении прочности гипсовых продуктов (например, стеновой плиты). Растворимые в холодной воде крахмалы согласно настоящему изобретению имеют растворимость в холодной воде больше примерно 30% и при добавлении к схваченному гипсовому сердечнику могут увеличивать прочность гипсового сердечника. Растворимость прежелатинизированного крахмала в воде определяют как количество крахмала, которое растворяется в воде комнатной температуры, деленное на общее количество крахмала.
[0080] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения растворимость в холодной воде прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала, полученного согласно вариантам реализации настоящего изобретения составляет от примерно 30% до примерно 100%. Согласно другим вариантам реализации изобретения растворимость в холодной воде экструдированного прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала составляет от примерно 50% до примерно 100%. Согласно вариантам реализации настоящего изобретения растворимость в холодной воде экструдированного прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала может иметь значения, например, приведенные в таблице 2. В указанной таблице «X» представляет собой диапазон «от примерно [соответствующего значения в верхней строке] до примерно [соответствующего значения в самом левом столбце]». Указанные значения представляют собой растворимость в холодной воде экструдированного прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала, полученного согласно вариантам реализации настоящего изобретения (таблица 2). Для простоты представления, следует понимать, что каждое значение представляет собой «примерно» указанное значение. Например, первый «X» в таблице 2 находится в диапазоне «от примерно 30% до примерно 35%». Диапазоны, приведенные в таблице, лежат между начальными и конечными точками и включают указанные точки.
Таблица 2
| Начальное значение диапазона растворимости в холодной воде (%) | |||||||||||||||
| Конечное значение диапазона растворимости в холодной воде (%) | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 | 60 | 65 | 70 | 75 | 80 | 85 | 90 | 95 | |
| 35 | X | ||||||||||||||
| 40 | X | X | |||||||||||||
| 45 | X | X | X | ||||||||||||
| 50 | X | X | X | X | |||||||||||
| 55 | X | X | X | X | X | ||||||||||
| 60 | X | X | X | X | X | X | |||||||||
| 65 | X | X | X | X | X | X | X | ||||||||
| 70 | X | X | X | X | X | X | X | X | |||||||
| 75 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | ||||||
| 80 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |||||
| 85 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | ||||
| 90 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |||
| 95 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | ||
| 100 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X |
[0081] Не желая быть связанными какой-либо конкретной теорией, полагают, что сочетание механической и тепловой энергии в процессе экструзии отвечает за растворимость в холодной воде прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала, полученного согласно вариантам реализации настоящего изобретения. Полагают, что когда крахмал подвергается экструзии, водородные связи между молекулами крахмала разрушаются. При растворении экструдированного крахмала в воде крахмал образует водородные связи с молекулами воды. После процесса прежелатинизации молекулы экструдированного прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала могут образовывать водородные связи с кристаллами гипса, придавая, таким образом, большую прочность гипсовому продукту. Соответственно, поскольку крахмалы, проявляющие растворимость в холодной воде, улучшают прочность гипсовой стеновой плиты, требуется меньшее количество крахмала по сравнению с обычными крахмалами.
[0082] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения вязкость в холодной воде (10% твердой фазы, 25 ºC) прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала, измеренная согласно способу Брабендера, описанному в настоящем документе, составляет от примерно 10 BU до примерно 120 BU, например, от примерно 20 BU до примерно 110 BU, от примерно 30 BU до примерно 100 BU, от примерно 40 BU до примерно 90 BU, от примерно 50 BU до примерно 80 BU или от примерно 60 BU до примерно 70 BU.
Применение крахмала, полученного согласно предложенному способу, при изготовлении плит
[0083] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения плиту (например, гипсовую стеновую плиту) можно изготовить путем получения прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала посредством смешивания по меньшей мере воды, непрежелатинизированного крахмала и кислоты с получением влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника с влагосодержанием от примерно 8 % масс. до примерно 25 % масс., при этом кислоту выбирают из: слабой кислоты, которая по существу не образует хелатов с ионами кальция, сильной кислоты в количестве примерно 0,01 % масс. или менее по массе относительно массы крахмала или любой их комбинации.
[0084] Затем влажное крахмалсодержащее вещество-предшественник подают в экструдер, в котором температура головки составляет от примерно 150 ºC (примерно 300 ºF) до примерно 210 ºC (примерно 410 ºF), где влажный крахмал подвергают прежелатинизации и кислотной модификации таким образом, что он по меньшей мере частично гидролизуется. Далее прежелатинизированный частично гидролизованный крахмал можно смешать с по меньшей мере водой и строительным гипсом с получением суспензии, которую затем можно поместить между первым обшивочным листом и вторым обшивочным листом с получением влажной сборной конструкции. Далее влажную сборную конструкцию можно разрезать с получением плиты, которую затем высушивают. Схваченный гипсовый сердечник плиты предпочтительно имеет прочность на сжатие большую, чем гипсовый сердечник, изготовленный с применением крахмала, полученного согласно другому способу.
[0085] Удивительно и неожиданно, что прежелатинизированный частично гидролизованный крахмал, полученный согласно вариантам реализации настоящего изобретения, можно включить в суспензию в сравнительно низком количестве (твердая фаза/в расчете на твердую фазу) и тем не менее обеспечить значительное повышение прочности плиты. Соответственно, прежелатинизированный частично гидролизованный крахмал, полученный согласно вариантам реализации настоящего изобретения, можно включить в гипсовую суспензию в количестве, составляющем от примерно 0,1% до примерно 10% по массе в расчете на массу штукатурки, например, от примерно 0,5% до примерно 10%.
[0086] Было обнаружено, что увеличение количества прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала, полученного согласно вариантам реализации настоящего изобретения, в суспензии выше указанных пределов не улучшает прочность настолько эффективно, поскольку уровни прочности могут отчасти перестать расти при добавлении еще большего количества крахмала согласно некоторым вариантам реализации изобретения. Однако, при необходимости, можно использовать более высокие количества крахмала, особенно когда допускают убывающую отдачу от прочности.
[0087] Согласно вариантам реализации настоящего изобретения прежелатинизированный частично гидролизованный крахмал можно добавить к гипсовой суспензии в количестве, например, приведенном ниже в таблицах 3A и 3B. В указанной таблице «X» представляет собой диапазон «от примерно [соответствующего значения в верхней строке] до примерно [соответствующего значения в самом левом столбце]». Указанные значения представляют собой количество крахмала в виде процентного содержания по массе относительно массы штукатурки. Для простоты представления, следует понимать, что каждое значение представляет собой «примерно» указанное значение. Например, первый «X» находится в диапазоне «от примерно 0,1% крахмала по массе относительно массы штукатурки до примерно 0,25% крахмала по массе относительно массы штукатурки.”
Таблица 3A
| 0,1 | 0,25 | 0,5 | 0,75 | 1,0 | 1,25 | 1,5 | 1,75 | 2,0 | 2,25 | 2,5 | 2,75 | 3,0 | 3,5 | |
| 0,25 | X | |||||||||||||
| 0,5 | X | X | ||||||||||||
| 0,75 | X | X | X | |||||||||||
| 1,0 | X | X | X | X | ||||||||||
| 1,25 | X | X | X | X | X | |||||||||
| 1,5 | X | X | X | X | X | X | ||||||||
| 1,75 | X | X | X | X | X | X | X | |||||||
| 2,0 | X | X | X | X | X | X | X | X | ||||||
| 2,25 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |||||
| 2,5 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | ||||
| 2,75 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |||
| 3,0 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | ||
| 3,5 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 4,0 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X |
| 4,5 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X |
| 5,0 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X |
| 5,5 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X |
| 6,0 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X |
| 6,5 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X |
| 7,0 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X |
| 7,5 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X |
| 8,0 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X |
| 8,5 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X |
| 9,0 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X |
| 9,5 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X |
| 10,0 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X |
Таблица 3B
| 4,0 | 4,5 | 5,0 | 5,5 | 6,0 | 6,5 | 7,0 | 7,5 | 8,0 | 8,5 | 9,0 | 9,5 | |
| 4,5 | X | |||||||||||
| 5,0 | X | X | ||||||||||
| 5,5 | X | X | X | |||||||||
| 6,0 | X | X | X | X | ||||||||
| 6,5 | X | X | X | X | X | |||||||
| 7,0 | X | X | X | X | X | X | ||||||
| 7,5 | X | X | X | X | X | X | X | |||||
| 8,0 | X | X | X | X | X | X | X | X | ||||
| 8,5 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |||
| 9,0 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | ||
| 9,5 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | |
| 10,0 | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X | X |
[0088] Таким образом, количество добавленного к суспензии прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала, полученного согласно вариантам реализации настоящего изобретения, может лежать в диапазоне между любыми из перечисленных выше конечных точек, приведенных в таблицах 3A или 3B, и включает указанные точки.
[0089] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения прежелатинизированный частично гидролизованный крахмал, полученный согласно вариантам реализации настоящего изобретения, можно добавить в суспензию в комбинации с другими крахмалами для различных применений. Например, в случае гипсовой стеновой плиты, описанной ниже, прежелатинизированный частично гидролизованный крахмал, полученный согласно вариантам реализации настоящего изобретения, можно объединить с другими крахмалами для усиления как прочности сердечника, так и связи бумага-сердечник, в частности, если допускается некоторое увеличение водопотребления.
[0090] Таким образом, согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения гипсовая суспензия может включать один или более прежелатинизированный частично гидролизованный крахмал, полученный согласно вариантам реализации настоящего изобретения, а также один или более других типов крахмалов. Другие крахмалы могут включать, например, прежелатинизированные крахмалы с вязкостью ниже 20 сантипуаз и/или выше 700 сантипуаз. Одним из примеров является прежелатинизированный кукурузный крахмал (например, с вязкостью выше 700 сантипуаз, например, примерно 773 сантипуаз). Другие крахмалы также могут быть в форме, например, непрежелатинизированных крахмалов, таких как крахмалы, модифицированные кислотой, а также алкилированных крахмалов, например, этилированных крахмалов, которые не являются желатинизированными, и т.п. Перед добавлением в гипсовую суспензию комбинацию крахмалов можно предварительно перемешать (например, в сухой смеси, необязательно с другими компонентами, такими как штукатурка и т.п., или во влажной смеси с другими влажными ингредиентами) или их можно добавлять в гипсовую суспензию по одному за раз или в любой их вариации. Можно использовать любую подходящую пропорцию прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала, полученного согласно вариантам реализации настоящего изобретения, и другого крахмала.
[0091] Например, крахмалистость прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала, полученного согласно вариантам реализации настоящего изобретения, в виде процента от общего содержания крахмала, добавленного к гипсовой суспензии, может составлять, например, по меньшей мере примерно 10% по массе, например, по меньшей мере примерно 20%, по меньшей мере примерно 30%, по меньшей мере примерно 40%, по меньшей мере примерно 50%, по меньшей мере примерно 60%, по меньшей мере примерно 70%, по меньшей мере примерно 80%, по меньшей мере примерно 90%, по меньшей мере примерно 95%, по меньшей мере примерно 99%, по меньшей мере примерно 100% или лежать в любом диапазоне между указанными значениями. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения отношение прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала, полученного согласно вариантам реализации настоящего изобретения, к другому крахмалу может составлять примерно 25:75, примерно 30:70, примерно 35:65, примерно 50:50, примерно 65:35, примерно 70:30, примерно 75:25 и т.п.
[0092] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения наряду с крахмальным компонентом, суспензию приготавливают таким образом, что она включает воду, штукатурку, пенообразующее вещество (иногда называемое просто «пеной») и другие добавки, при необходимости. Удивительно и неожиданно, что согласно некоторым вариантам реализации изобретения, в частности, вариантам, проявляющим вязкость в среднем диапазоне, было обнаружено, что количество воды, которое необходимо добавить для поддержания текучести суспензии на том же уровне, который был бы без применения прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала, полученного в экструдере согласно вариантам реализации настоящего изобретения, меньше, чем увеличение количества воды, необходимого при применении крахмала, полученного согласно другому способу. Штукатурка может быть в форме альфа-полугидрата сульфата кальция, бета-полугидрата сульфата кальция и/или ангидрита сульфата кальция. Штукатурка может быть волокнистой или не волокнистой. Пенообразующее вещество можно включить для формирования распределения воздушных пор внутри непрерывной кристаллической матрицы схваченного гипса. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения пенообразующее вещество содержит основную массовую долю нестабильного компонента и незначительную массовую долю стабильного компонента (например, при объединении нестабильного компонента и смеси стабильного компонента/нестабильного компонента). Такое массовое отношение отношение нестабильного компонента к стабильному компоненту является эффективным для формирования распределения воздушных пор внутри схваченного гипсового сердечника. См., например, патенты США 5643510; 6342284; и 6632550.
[0093] Было обнаружено, что подходящее распределение пор и толщина стенки (независимо) могут быть эффективными с точки зрения повышения прочности, особенно плит с более низкой плотностью (например, ниже примерно 35 фунт/куб. фут (примерно 561 кг/м3)). См., например, US 2007/0048490 и US 2008/0090068. Поры, образующиеся при испарении воды, диаметр которых в общем составляет примерно 5 мкм или менее, также способствуют общему распределению пор наряду с упомянутыми выше воздушными порами (пеной). Согласно некоторым вариантам реализации изобретения объемное отношение пор с размером больше примерно 5 микрон к порам с размером примерно 5 микрон или меньше составляет от примерно 0,5:1 до примерно 9:1, например, от примерно 0,7:1 до примерно 9:1, от примерно 0,8:1 до примерно 9:1, от примерно 1,4:1 до примерно 9:1, от примерно 1,8:1 до примерно 9:1, от примерно 2,3:1 до примерно 9:1, от примерно 0,7:1 до примерно 6:1, от примерно 1,4:1 до примерно 6:1, от примерно 1,8:1 до примерно 6:1, от примерно 0,7:1 до примерно 4:1, от примерно 1,4:1 до примерно 4:1, от примерно 1,8:1 до примерно 4:1, от примерно 0,5:1 до примерно 2,3:1, от примерно 0,7:1 до примерно 2,3:1, от примерно 0,8:1 до примерно 2,3:1, от примерно 1,4:1 до примерно 2,3:1, от примерно 1,8:1 до примерно 2,3:1 и т.п. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения пенообразующее вещество присутствуют в суспензии, например, в количестве менее примерно 0,5% по массе относительно массы штукатурки, например, от примерно 0,01% до примерно 0,5%, от примерно 0,01% до примерно 0,4%, от примерно 0,01% до примерно 0,3%, от примерно 0,01% до примерно 0,2%, от примерно 0,01% до примерно 0,1%, от примерно 0,02% до примерно 0,4%, от примерно 0,02% до примерно 0,3%, от примерно 0,02% до примерно 0,2% и т.п., по массе относительно массы штукатурки.
[0094] Добавки, такие как ускоритель схватывания (например, ускоритель схватывания влажного гипса, термостойкий ускоритель схватывания, стабилизированный ускоритель схватывания для различных климатических условий) и замедлитель схватывания хорошо известны и могут использоваться согласно некоторым вариантам реализации изобретения. См., например, патенты США 3573947 и 6409825. Согласно некоторым вариантам реализации при включении в изобретение ускорителя схватывания и/или замедлителя схватывания количество каждого указанного ускорителя схватывания и/или замедлителя схватывания в гипсовой суспензии в расчете на твердые вещества может составлять, например, от примерно 0% до примерно 10% по массе относительно массы штукатурки (например, от примерно 0,1% до примерно 10%), например, от примерно 0% до примерно 5% по массе относительно массы штукатурки (например, от примерно 0,1% до примерно 5%). В настоящее изобретение могут быть включены и другие добавки, при необходимости, например, для придания прочности, что позволит получить продукт с более низкой массой и достаточной прочностью, для избежания остаточной деформации, обеспечения прочности сырого материала, например, при размещении продукта на конвейере, движущемся вдоль производственной линии, обеспечения огнестойкости, обеспечения водостойкости и т.п.
[0095] Например, согласно некоторым вариантам реализации изобретения для увеличения текучести суспензия может необязательно содержать по меньшей мере один диспергатор. Подобно прежелатинизированному частично гидролизованному крахмалу, полученному согласно вариантам реализации настоящего изобретения, и другим ингредиентам, диспергаторы могут быть включены в суспензию для формирования сердечника в сухой форме вместе с другими сухими ингредиентами и/или в жидкой форме вместе с другими жидкими ингредиентами. Примеры диспергаторов включают нафталинсульфонаты, такие как полинафталинсульфокислота и ее соли (полинафталинсульфонаты) и производные, которые представляют собой продукты конденсации нафталинсульфокислот и формальдегида; а также поликарбоксилатные диспергаторы, такие как поликарбоксиловые эфиры, например, диспергаторы PCE211, PCE111, 1641, 1641F или PCE типа 2641, например, диспергаторы (BASF) MELFLUX 2641F, MELFLUX 2651F, MELFLUX 1641F, MELFLUX 2500L и COATEX Ethacryl M, которые можно приобрести в компании Coatex, Inc.; и/или лигносульфонаты или сульфированный лигнин. Лигносульфонаты представляют собой водорастворимые анионные полиэлектролиты-полимеры, побочные продукты производства древесной массы с применением сульфитной варки. Одним из примеров лигнина, который можно использовать при практической реализации принципов вариантов настоящего изобретения является Marasperse C-21, который можно приобрести в компании Reed Lignin Inc.
[0096] В общем, предпочтительными являются диспергаторы с более низкой молекулярной массой. Предпочтение имеют более низкомолекулярные нафталинсульфонатные диспергаторы, поскольку они обычно характеризуются более низким водопотреблением, чем более высокомолекулярные диспергаторы с более высокой вязкостью. Таким образом, предпочтительными являются молекулярные массы от примерно 3000 до примерно 10000 (например, от примерно 8000 до примерно 10000). В качестве еще одного примера, согласно некоторым вариантам реализации изобретения в случае диспергаторов типа PCE211 молекулярная масса может составлять от примерно 20000 до примерно 60000, при этом указанные диспергаторы проявляют меньшее замедление, чем диспергаторы с молекулярной массой выше 60000.
[0097] Одним из примеров нафталинсульфоната является DILOFLO, который можно приобрести в компании GEO Specialty Chemicals. DILOFLO представляет собой 45% раствор нафталинсульфоната в воде, хотя легкодоступными также являются и другие водные растворы, например, с содержанием твердой фазы в диапазоне от примерно 35% до примерно 55% по массе. Нафталинсульфонаты можно использовать в сухой твердой или порошковой форме, такой как LOMAR D, который можно приобрести, например, в компании GEO Specialty Chemicals. Другим типичным нафталинсульфонатом является DAXAD, который можно приобрести в компании Hampshire Chemical Corp.
[0098] При применении диспергатор может быть включен в любом подходящем (твердая фаза/твердая фаза) количестве, таком как, например, от примерно 0,1% до примерно 5% по массе в расчете на массу штукатурки, например, от примерно 0,1% до примерно 4%, от примерно 0,1% до примерно 3%, от примерно 0,2% до примерно 3%, от примерно 0,5% до примерно 3%, от примерно 0,5% до примерно 2,5%, от примерно 0,5% до примерно 2%, от примерно 0,5% до примерно 1,5% и т.п.
[01] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения, при необходимости, в суспензию также необязательно могут быть включены одно или более фосфатсодержащих соединений. Например, фосфатсодержащие компоненты, применимые согласно некоторым вариантам реализации изобретения, включают водорастворимые компоненты и могут быть в форме иона, соли или кислоты, а именно, конденсированных фосфорных кислот, каждая из которых содержит два или более звеньев фосфорной кислоты; солей или ионов конденсированных фосфатов, каждый из которых содержит два или более фосфатных звеньев; и одноосновных солей или одновалентных ионов ортофосфатов, а также водорастворимой ациклической полифосфатной соли. См., например, патенты США 6342284; 6632550; 6815049; и 6822033.
[01] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения фосфатные композиции при добавлении могут увеличить прочность сырого материала, устойчивость к остаточной деформации (например, прогибу), способность сохранять размеры и т.п. Можно использовать триметафосфатные соединения, в том числе, например, триметафосфат натрия, триметафосфат калия, триметафосфат лития и триметафосфат аммония. Триметафосфат натрия (STMP) является предпочтительным, хотя подходящими могут быть и другие фосфаты, в том числе, например, тетраметафосфат натрия, гексаметафосфат натрия, содержащий от примерно 6 до примерно 27 повторяющихся фосфатных звеньев и имеющий молекулярную формулу Nan+2PnO3n+1 где n=6-27, тетрапирофосфат калия, имеющий молекулярную формулу K4P2O7, тринатрий дикалий триполифосфат, имеющий молекулярную формулу Na3K2P3O10, триполифосфат натрия, имеющий молекулярную формулу Na5P3O10, тетрапирофосфат натрия, имеющий молекулярную формулу Na4P2O7, триметафосфат алюминия, имеющий молекулярную формулу Al(PO3)3, кислый пирофосфат натрия, имеющий молекулярную формулу Na2H2P2O7, полифосфат аммония, содержащий от 1000 до 3000 повторяющихся фосфатных звеньев и имеющий молекулярную формулу (NH4)n+2PnO3n+1, где n=1000-3000, или полифосфорная кислота, содержащая два или более повторяющихся звеньев фосфорной кислоты и имеющая молекулярную формулу Hn+2PnO3n+1, где n составляет два или более.
[02] Согласно некоторым вариантам реализации в настоящее изобретение можно включить фосфат в сухой форме или в форме в воде (например, от примерно 5% до примерно 20% раствор фосфата, например, примерно 10% раствор). При включении в настоящее изобретение фосфат может быть в любом подходящем количестве (твердая фаза/в расчете на твердую фазу), например, от примерно 0,01% до примерно 0,5% по массе в расчете на массу штукатурки, например, от примерно 0,03% до примерно 0,4%, от примерно 0,1% до примерно 0,3% или от примерно 0,12% до примерно 0,4% по массе в расчете на массу штукатурки.
[03] В настоящее изобретение также можно необязательно включить подходящие добавки для получения продукта с установленной степенью огнестойкости и/или водостойкого продукта, в том числе, например, силоксаны (водостойкие); волокна; теплоотводящие добавки, такие как тригидрит алюминия (ATH), гидроксид магния или т.п.; и/или частицы с высоким коэффициентом теплового расширения (например, расширяющиеся до примерно 300% или более от исходного объема при нагревании в течение примерно одного часа при 1560°F (примерно 850 оС)). См., например, находящуюся в процессе одновременного рассмотрения, принадлежащую одному и тому же правообладателю заявку на патент США № 13/400010 (поданную 17 февраля 2012 года), в которой дано описание перечисленных и других ингредиентов. Согласно некоторым вариантам реализации в изобретение включают вермикулит с высоким коэффициентом теплового расширения, хотя можно использовать и другие огнестойкие материалы. Плита какого-либо связанного с пожарами продукта согласно изобретению может иметь показатель теплоизоляции (TI), составляющий примерно 17 минут или больше, например, примерно 20 минут или больше, примерно 30 минут или больше, примерно 45 минут или больше, примерно 60 минут или больше и т.п.; и/или иметь высокотемпературную усадку (при температурах примерно 1560°F (850 °C)), составляющую менее примерно 10% в x-y направлениях и расширение в z-направлении более примерно 20%. При необходимости, огнестойкие или водостойкие добавки можно включить в настоящее изобретение в любом подходящем количестве в зависимости, например, от степени пожарной опасности и т.п. Например, при применении количество огнестойких или водостойких добавок может составлять от примерно 0,5% до примерно 10% по массе относительно массы штукатурки, например, от примерно 1% до примерно 10%, от примерно 1% до примерно 8%, от примерно 2% до примерно 10%, от примерно 2% до примерно 8% по массе относительно массы штукатурки и т.п.
[04] Согласно некоторым вариантам реализации при включении в настоящее изобретение силоксан предпочтительно добавляют в форме эмульсии. Затем суспензии придают форму и высушивают при условиях, способствующих полимеризации силоксана, с получением высокосшитой силиконовой смолы. К гипсовой суспензии можно добавить катализатор, способствующий полимеризации силоксана и получению высокосшитой силиконовой смолы. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения в качестве силоксана можно использовать не содержащий растворителя раствор поли(метилгидросилоксана), продаваемый под наименованием SILRES BS 94 компанией Wacker-Chemie GmbH (Мюнхен, Германия). Этот продукт представляет собой силоксановый раствор, не содержащий воду или растворителей. Предполагают, что согласно некоторым вариантам реализации изобретения можно использовать от примерно 0,3% до примерно 1,0% BS 94 силоксана в расчете на массу сухих ингредиентов. Например, согласно некоторым вариантам реализации изобретения предпочтительно использовать от примерно 0,4% до примерно 0,8% силоксана в расчете на массу сухой штукатурки.
[05] Состав суспензии можно получить при любом подходящем отношении вода/штукатурка, например, от примерно 0,4 до примерно 1,3. Однако поскольку прежелатинизированные частично гидролизованные крахмалы, полученные согласно вариантам реализации настоящего изобретения, позволяют уменьшить количество воды, которое необходимо добавить в суспензию для введения указанных крахмалов, по сравнению с другими крахмалами (например, обычным прежелатинизированным крахмалом, полученным согласно другому способу), суспензию можно приготовить при входном отношении вода/штукатурка, которое является более низким согласно некоторым вариантам реализации изобретения, чем отношение, обычно применяемое для других крахмалсодержащих гипсовых суспензий, особенно при низкой массе/плотности. Например, согласно некоторым вариантам реализации изобретения отношение вода/штукатурка может составлять от примерно 0,4 до примерно 1,1, от примерно 0,4 до примерно 0,9, от примерно 0,4 до примерно 0,85, от примерно 0,45 до примерно 0,85, от примерно 0,55 до примерно 0,85, от примерно 0,55 до примерно 0,8, от примерно 0,6 до примерно 0,9, от примерно 0,6 до примерно 0,85, от примерно 0,6 до примерно 0,8 и т.п.
[06] Обшивочные листы можно изготовить из любого подходящего материала и при любой основной массе. Сердечник плиты, изготовленный из суспензии, содержащей прежелатинизированный частично гидролизованный крахмал, полученный согласно вариантам реализации настоящего изобретения, предпочтительно обеспечивает достаточную прочность плиты даже с обшивочными листами с более низкой основной массой, такой как, например, менее 45 фунтов/1000 кв. футов (примерно 220 г/м2 (например, от примерно 33 фунтов/1000 кв. футов (примерно 161 г/м2) до 45 фунтов/1000 кв. футов (примерно 220 г/м2)), согласно некоторым вариантам реализации изобретения даже в случае плиты с более низкой массой (например, с плотностью примерно 35 фунт/куб. фут (примерно 561 кг/м3) или ниже). Однако при необходимости, согласно некоторым вариантам реализации изобретения можно использовать более тяжелые основные массы, например, для дополнительного усиления сопротивления выдергиванию гвоздей или для улучшения обработки, например, для придания требуемых «тактильных» характеристик, подходящих для конечных потребителей.
[07] Согласно некоторым вариантам реализации изобретения для усиления прочности (например, прочности при выдергивании гвоздей), особенно в случае плиты с более низкой плотностью, один или оба обшивочных листа могут быть изготовлены из бумаги и иметь основную массу, составляющую, например, по меньшей мере примерно 45 фунтов/1000 кв. футов (примерно 220 г/м2) (например, от примерно 45 фунтов/1000 кв. футов (примерно 220 г/м2) до примерно 65 фунтов/1000 кв. футов (примерно 317 г/м2), от примерно 45 фунтов/1000 кв. футов (примерно 220 г/м2) до примерно 60 фунтов/1000 кв. футов (примерно 293 г/м2), от примерно 45 фунтов/1000 кв. футов (примерно 220 г/м2) до примерно 55 фунтов/1000 кв. футов (примерно 269 г/м2), от примерно 50 фунтов/1000 кв. футов (примерно 244 г/м2) до примерно 65 фунтов/1000 кв. футов (примерно 317 г/м2), от примерно 50 фунтов/1000 кв. футов (примерно 244 г/м2) до примерно 60 фунтов/1000 кв. футов (примерно 293 г/м2) и т.п.). При необходимости, согласно некоторым вариантам реализации изобретения один обшивочный лист (например, «лицевая» сторона бумаги при установке) может иметь упомянутую выше более высокую основную массу, например, для усиления сопротивления выдергиванию гвоздей и улучшения обработки, тогда как другой обшивочный лист (например, «задний» лист при установке плиты) может иметь несколько более низкую основную массу, при необходимости (например, основную массу менее примерно 45 фунтов/1000 кв. футов (примерно 220 г/м2), например, от примерно 33 фунтов/1000 кв. футов (примерно 161 г/м2) до примерно 45 фунтов/1000 кв. футов (примерно 220 г/м2) или от примерно 33 фунтов/1000 кв. футов (примерно 161 г/м2) до примерно 40 фунтов (примерно 18 кг)/1000 кв. футов (примерно 195 г/м2)).
[08] Масса плиты представляет собой функцию толщины. Поскольку плиты обычно изготавливают при варьирующих толщинах, в настоящем изобретении плотность плиты применяют в качестве меры массы плиты. Преимущества прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала, полученного согласно вариантам реализации настоящего изобретения, можно оценить с учетом различных плотностей плит, например, примерно 40 фунт/куб. фут (примерно 641 кг/м3) или менее, например, от примерно 20 фунт/куб. фут (примерно 320 кг/м3) до примерно 40 фунт/куб. фут (примерно 641 кг/м3), от примерно 24 фунт/куб. фут (примерно 384 кг/м3) до примерно 37 фунт/куб. фут (примерно 593 кг/м3) и т.п. Однако предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения имеют конкретную пользу при более низких плотностях, когда повышенная прочность, обеспеченная прежелатинизированным частично гидролизованным крахмалом, полученным согласно вариантам реализации настоящего изобретения, предпочтительно позволяет использовать плиту с более низкой массой и с хорошей прочностью и более низким водопотреблением, чем в случае плиты, изготовленной из других крахмалов, полученных согласно другому способу.
[09] Например, согласно некоторым вариантам реализации изобретения плотность плиты может составлять от примерно 20 фунт/куб. фут (примерно 320 кг/м3) до примерно 35 фунт/куб. фут (примерно 561 кг/м3), например, от примерно 20 фунт/куб. фут (примерно 320 кг/м3) до примерно 34 фунт/куб. фут (примерно 545 кг/м3), от примерно 20 фунт/куб. фут (примерно 320 кг/м3) до примерно 33 фунт/куб. фут (примерно 529 кг/м3), от примерно 20 фунт/куб. фут (примерно 320 кг/м3) до примерно 32 фунт/куб. фут (примерно 513 кг/м3), от примерно 20 фунт/куб. фут (примерно 320 кг/м3) до примерно 31 фунт/куб. фут (примерно 497 кг/м3), от примерно 20 фунт/куб. фут (примерно 320 кг/м3) до примерно 30 фунт/куб. фут (примерно 481 кг/м3), от примерно 20 фунт/куб. фут (примерно 320 кг/м3) до примерно 29 фунт/куб. фут (примерно 465 кг/м3), от примерно 21 фунт/куб. фут (примерно 336 кг/м3) до примерно 35 фунт/куб. фут (примерно 561 кг/м3), от примерно 21 фунт/куб. фут (примерно 336 кг/м3) до примерно 34 фунт/куб. фут (примерно 545 кг/м3), от примерно 21 фунт/куб. фут (примерно 336 кг/м3) до примерно 33 фунт/куб. фут (примерно 529 кг/м3), от примерно 21 фунт/куб. фут (примерно 336 кг/м3) до примерно 32 фунт/куб. фут (примерно 513 кг/м3), от примерно 21 фунт/куб. фут (примерно 336 кг/м3) до примерно 31 фунт/куб. фут (примерно 497 кг/м3), от примерно 21 фунт/куб. фут (примерно 336 кг/м3) до примерно 30 фунт/куб. фут (примерно 481 кг/м3), от примерно 21 фунт/куб. фут (примерно 336 кг/м3) до примерно 29 фунт/куб. фут (примерно 465 кг/м3), от примерно 24 фунт/куб. фут (примерно 384 кг/м3) до примерно 35 фунт/куб. фут (примерно 561 кг/м3), от примерно 24 фунт/куб. фут (примерно 384 кг/м3) до примерно 34 фунт/куб. фут (примерно 545 кг/м3), от примерно 24 фунт/куб. фут (примерно 384 кг/м3) до примерно 33 фунт/куб. фут (примерно 529 кг/м3), от примерно 24 фунт/куб. фут (примерно 384 кг/м3) до примерно 32 фунт/куб. фут (примерно 513 кг/м3), от примерно 24 фунт/куб. фут (примерно 384 кг/м3) до примерно 31 фунт/куб. фут (примерно 497 кг/м3), от примерно 24 фунт/куб. фут (примерно 384 кг/м3) до примерно 30 фунт/куб. фут (примерно 481 кг/м3) или от примерно 24 фунт/куб. фут (примерно 384 кг/м3) до примерно 29 фунт/куб. фут (примерно 465 кг/м3).
[010] Прежелатинизированные частично гидролизованные крахмалы, полученные согласно вариантам реализации настоящего изобретения, можно добавить в суспензию для обеспечения повышения прочности продукта согласно изобретению, что может быть особенно полезным при более низкой массе/плотности. Например, согласно некоторым вариантам реализации, плита, изготовленная согласно вариантам реализации настоящего изобретения, имеет прочность на сжатие по меньшей мере примерно 400 psi (примерно 2750 кПа) при плотности 29 фунт/куб. фут (примерно 465 кг/м3), как определено согласно способу, описанному в примере 4. Предпочтительно, что согласно различным вариантам реализации изобретения при различных плотностях плиты, приведенных в настоящем документе, можно получить плиту, изготовленную согласно предложенному в изобретении способу, прочность на сжатие которой составляет по меньшей мере примерно 400 psi (примерно 2760 кПа), например, по меньшей мере примерно 450 psi (примерно 3100 кПа), по меньшей мере примерно 500 psi (примерно 3450 кПа), по меньшей мере примерно 550 psi (примерно 3800 кПа), по меньшей мере примерно 600 psi (примерно 4100 кПа), по меньшей мере примерно 650 psi (примерно 4500 кПа), по меньшей мере примерно 700 psi (примерно 4800 кПа), по меньшей мере примерно 750 psi (примерно 5200 кПа), по меньшей мере примерно 800 psi (примерно 5500 кПа), по меньшей мере примерно 850 psi (примерно 5850 кПа), по меньшей мере примерно 900 psi (примерно 6200 кПа), по меньшей мере примерно 950 psi (6550 кПа) или по меньшей мере примерно 1000 psi (примерно 6900 кПа). Кроме того, согласно некоторым вариантам реализации изобретения прочность на сжатие может быть ограничена любыми двумя из перечисленных выше значений. Например, прочность на сжатие может составлять от примерно 450 psi (примерно 3100 кПа) до примерно 1000 psi (например, от примерно 500 psi (примерно 3450 кПа) до примерно 900 psi (примерно 6200 кПа), от примерно 600 psi (примерно 4100 кПа) до примерно 800 psi (примерно 5500 кПа) и т.п.).
[011] Согласно некоторым вариантам реализации плита, изготовленная согласно изобретению, соответствует протоколам испытаний, изложенным в стандарте ASTM C473-10. Например, согласно некоторым вариантам реализации изобретения при отливке плиты с толщиной ½ дюйма (1,27 см), сопротивление выдергиванию гвоздей указанной плиты составляет по меньшей мере примерно 65 фунтов (примерно 30 кг), как определено согласно ASTM C473-10, например, по меньшей мере примерно 68 фунтов (примерно 30 кг), по меньшей мере примерно 70 фунтов (примерно 32 кг), по меньшей мере примерно 72 фунта (примерно 33 кг), по меньшей мере примерно 75 фунтов (примерно 34 кг), по меньшей мере примерно 77 фунтов (примерно 35 кг) и т.п. Согласно различным вариантам реализации изобретения сопротивление выдергиванию гвоздей может составлять от примерно 68 фунтов (примерно 30 кг) до примерно 100 фунтов (примерно 45 кг), например, от примерно 68 фунтов (примерно 30 кг) до примерно 95 фунтов (примерно 43 кг), от примерно 68 фунтов (примерно 30 кг) до примерно 90 фунтов (примерно 41 кг), от примерно 68 фунтов (примерно 30 кг) до примерно 85 фунтов (примерно 39 кг), от примерно 68 фунтов (примерно 30 кг) до примерно 80 фунтов (примерно 36 кг), от примерно 68 фунтов (примерно 30 кг) до примерно 77 фунтов (примерно 35 кг), от примерно 68 фунтов (примерно 30 кг) до 75 фунтов (примерно 34 кг), от примерно 68 фунтов (примерно 30 кг) до примерно 72 фунтов (примерно 33 кг), от примерно 68 фунтов (примерно 30 кг) до примерно 70 фунтов (примерно 32 кг), от примерно 70 фунтов (примерно 32 кг) до примерно 100 фунтов (примерно 45 кг), от примерно 70 фунтов (примерно 32 кг) до примерно 95 фунтов (примерно 43 кг), от примерно 70 фунтов (примерно 32 кг) до примерно 90 фунтов (примерно 41 кг), от примерно 70 фунтов (примерно 32 кг) до примерно 85 фунтов (примерно 39 кг), от примерно 70 фунтов (примерно 32 кг) до примерно 80 фунтов (примерно 36 кг), от примерно 70 фунтов (примерно 32 кг) до примерно 77 фунтов (примерно 35 кг), от примерно 70 фунтов (примерно 32 кг) до 75 фунтов (примерно 34 кг), от примерно 70 фунтов (примерно 32 кг) до примерно 72 фунтов (примерно 33 кг), от примерно 72 фунтов (примерно 33 кг) до примерно 100 фунтов (примерно 45 кг), от примерно 72 фунтов (примерно 33 кг) до примерно 95 фунтов (примерно 43 кг), от примерно 72 фунтов (примерно 33 кг) до примерно 90 фунтов (примерно 41 кг), от примерно 72 фунтов (примерно 33 кг) до примерно 85 фунтов (примерно 39 кг), от примерно 72 фунтов (примерно 33 кг) до примерно 80 фунтов (примерно 36 кг), от примерно 72 фунтов (примерно 33 кг) до примерно 77 фунтов (примерно 35 кг), от примерно 72 фунтов (примерно 33 кг) до 75 фунтов (примерно 34 кг), от 75 фунтов (примерно 34 кг) до примерно 100 фунтов (примерно 45 кг), от 75 фунтов (примерно 34 кг) до примерно 95 фунтов (примерно 43 кг), от 75 фунтов (примерно 34 кг) до примерно 90 фунтов (примерно 41 кг), от 75 фунтов (примерно 34 кг) до примерно 85 фунтов (примерно 39 кг), от 75 фунтов (примерно 34 кг) до примерно 80 фунтов (примерно 36 кг), от 75 фунтов (примерно 34 кг) до примерно 77 фунтов (примерно 35 кг), от примерно 77 фунтов (примерно 35 кг) до примерно 100 фунтов (примерно 45 кг), от примерно 77 фунтов (примерно 35 кг) до примерно 95 фунтов (примерно 43 кг), от примерно 77 фунтов (примерно 35 кг) до примерно 90 фунтов (примерно 41 кг), от примерно 77 фунтов (примерно 35 кг) до примерно 85 фунтов (примерно 39 кг) или от примерно 77 фунтов (примерно 35 кг) до примерно 80 фунтов (примерно 36 кг).
[012] Что касается предела прочности на изгиб, согласно некоторым вариантам реализации изобретения при отливке плиты толщиной ½ дюйма (1,27 см) предел прочности на изгиб указанной плиты оставляет по меньшей мере примерно 36 фунтов (примерно 16 кг) в направлении обработки (например, по меньшей мере примерно 38 фунтов (примерно 17 кг), по меньшей мере примерно 40 фунтов (примерно 18 кг) и т.д.) и/или по меньшей мере примерно 107 фунтов (примерно 49 кг) (например, по меньшей мере примерно 110 фунтов (примерно 50 кг), по меньшей мере примерно 112 фунтов (примерно 51 кг) и т.д.) в поперечном направлении, как определено согласно стандарту ASTM C473. Согласно различным вариантам реализации изобретения плита может иметь предел прочности на изгиб в направлении обработки от примерно 36 фунтов (примерно 16 кг) до примерно 60 фунтов (примерно 27 кг), например, от примерно 36 фунтов (примерно 16 кг) до примерно 55 фунтов (примерно 25 кг), от примерно 36 фунтов (примерно 16 кг) до примерно 50 фунтов (примерно 23 кг), от примерно 36 фунтов (примерно 16 кг) до примерно 45 фунтов (примерно 20 кг), от примерно 36 фунтов (примерно 16 кг) до примерно 40 фунтов (примерно 18 кг), от примерно 36 фунтов (примерно 16 кг) до примерно 38 фунтов (примерно 17 кг), от примерно 38 фунтов (примерно 17 кг) до примерно 60 фунтов (примерно 27 кг), от примерно 38 фунтов (примерно 17 кг) до примерно 55 фунтов (примерно 25 кг), от примерно 38 фунтов (примерно 17 кг) до примерно 50 фунтов (примерно 23 кг), от примерно 38 фунтов (примерно 17 кг) до примерно 45 фунтов (примерно 20 кг), от примерно 38 фунтов (примерно 17 кг) до примерно 40 фунтов (примерно 18 кг), от примерно 40 фунтов (примерно 18 кг) до примерно 60 фунтов (примерно 27 кг), от примерно 40 фунтов (примерно 18 кг) до примерно 55 фунтов (примерно 25 кг), от примерно 40 фунтов (примерно 18 кг) до примерно 50 фунтов (примерно 23 кг) или от примерно 40 фунтов (примерно 18 кг) до примерно 45 фунтов (примерно 20 кг). Согласно различным вариантам реализации изобретения предел прочности на изгиб в поперечном направлении плиты может составлять от примерно 107 фунтов (примерно 49 кг) до примерно 130 фунтов (примерно 59 кг), например, от примерно 107 фунтов (примерно 49 кг) до примерно 125 фунтов (примерно 57 кг), от примерно 107 фунтов (примерно 49 кг) до примерно 120 фунтов (примерно 54 кг), от примерно 107 фунтов (примерно 49 кг) до примерно 115 фунтов (примерно 52 кг), от примерно 107 фунтов (примерно 49 кг) до примерно 112 фунтов (примерно 51 кг), от примерно 107 фунтов (примерно 49 кг) до примерно 110 фунтов (примерно 50 кг), от примерно 110 фунтов (примерно 50 кг) до примерно 130 фунтов (примерно 59 кг), от примерно 110 фунтов (примерно 50 кг) до примерно 125 фунтов (примерно 57 кг), от примерно 110 фунтов (примерно 50 кг) до примерно 120 фунтов (примерно 54 кг), от примерно 110 фунтов (примерно 50 кг) до примерно 115 фунтов (примерно 52 кг), от примерно 110 фунтов (примерно 50 кг) до примерно 112 фунтов (примерно 51 кг), от примерно 112 фунтов (примерно 51 кг) до примерно 130 фунтов (примерно 59 кг), от примерно 112 фунтов (примерно 51 кг) до примерно 125 фунтов (примерно 57 кг), от примерно 112 фунтов (примерно 51 кг) до примерно 120 фунтов (примерно 54 кг) или от примерно 112 фунтов (примерно 51 кг) до примерно 115 фунтов (примерно 52 кг).
[013] Кроме того, согласно некоторым вариантам реализации изобретения средняя твердость сердечника плиты может составлять по меньшей мере примерно 11 фунтов (примерно 5 кг), например, по меньшей мере примерно 12 фунтов (примерно 5,4 кг), по меньшей мере примерно 13 фунтов (примерно 5,9 кг), по меньшей мере примерно 14 фунтов (примерно 6,4 кг), по меньшей мере примерно 15 фунтов (примерно 6,8 кг), по меньшей мере примерно 16 фунтов (примерно 7,3 кг), по меньшей мере примерно 17 фунтов (примерно 7,7 кг), по меньшей мере примерно 18 фунтов (примерно 8,2 кг), по меньшей мере примерно 19 фунтов (примерно 8,6 кг), по меньшей мере примерно 20 фунтов (примерно 9,1 кг), по меньшей мере примерно 21 фунт (примерно 9,5 кг) или по меньшей мере примерно 22 фунта (примерно 10,0 кг), как определено согласно ASTM C473-10. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения твердость сердечника плиты может составлять от примерно 11 фунтов (примерно 5 кг) до примерно 25 фунтов (примерно 11,3 кг), например, от примерно 11 фунтов (примерно 5 кг) до примерно 22 фунтов (примерно 10,0 кг), от примерно 11 фунтов (примерно 5 кг) до примерно 21 фунта (примерно 9,5 кг), от примерно 11 фунтов (примерно 5 кг) до примерно 20 фунтов (примерно 9,1 кг), от примерно 11 фунтов (примерно 5 кг) до примерно 19 фунтов (примерно 8,6 кг), от примерно 11 фунтов (примерно 5 кг) до примерно 18 фунтов (примерно 8,2 кг), от примерно 11 фунтов (примерно 5 кг) до примерно 17 фунтов (примерно 7,7 кг), от примерно 11 фунтов (примерно 5 кг) до примерно 16 фунтов (примерно 7,3 кг), от примерно 11 фунтов (примерно 5 кг) до примерно 15 фунтов (примерно 6,8 кг), от примерно 11 фунтов (примерно 5 кг) до примерно 14 фунтов (примерно 6,4 кг), от примерно 11 фунтов (примерно 5 кг) до примерно 13 фунтов (примерно 5,9 кг), от примерно 11 фунтов (примерно 5 кг) до примерно 12 фунтов (примерно 5,4 кг), от примерно 12 фунтов (примерно 5,4 кг) до примерно 25 фунтов (примерно 11,3 кг), от примерно 12 фунтов (примерно 5,4 кг) до примерно 22 фунтов (примерно 10,0 кг), от примерно 12 фунтов (примерно 5,4 кг) до примерно 21 фунта (примерно 9,5 кг), от примерно 12 фунтов (примерно 5,4 кг) до примерно 20 фунтов (примерно 9,1 кг), от примерно 12 фунтов (примерно 5,4 кг) до примерно 19 фунтов (примерно 8,6 кг), от примерно 12 фунтов (примерно 5,4 кг) до примерно 18 фунтов (примерно 8,2 кг), от примерно 12 фунтов (примерно 5,4 кг) до примерно 17 фунтов (примерно 7,7 кг), от примерно 12 фунтов (примерно 5,4 кг) до примерно 16 фунтов (примерно 7,3 кг), от примерно 12 фунтов (примерно 5,4 кг) до примерно 15 фунтов (примерно 6,8 кг), от примерно 12 фунтов (примерно 5,4 кг) до примерно 14 фунтов (примерно 6,4 кг), от примерно 12 фунтов (примерно 5,4 кг) до примерно 13 фунтов (примерно 5,9 кг), от примерно 13 фунтов (примерно 5,9 кг) до примерно 25 фунтов (примерно 11,3 кг), от примерно 13 фунтов (примерно 5,9 кг) до примерно 22 фунтов (примерно 10,0 кг), от примерно 13 фунтов (примерно 5,9 кг) до примерно 21 фунта (примерно 9,5 кг), от примерно 13 фунтов (примерно 5,9 кг) до примерно 20 фунтов (примерно 9,1 кг), от примерно 13 фунтов (примерно 5,9 кг) до примерно 19 фунтов (примерно 8,6 кг), от примерно 13 фунтов (примерно 5,9 кг) до примерно 18 фунтов (примерно 8,2 кг), от примерно 13 фунтов (примерно 5,9 кг) до примерно 17 фунтов (примерно 7,7 кг), от примерно 13 фунтов (примерно 5,9 кг) до примерно 16 фунтов (примерно 7,3 кг), от примерно 13 фунтов (примерно 5,9 кг) до примерно 15 фунтов (примерно 6,8 кг), от примерно 13 фунтов (примерно 5,9 кг) до примерно 14 фунтов (примерно 6,4 кг), от примерно 14 фунтов (примерно 6,4 кг) до примерно 25 фунтов (примерно 11,3 кг), от примерно 14 фунтов (примерно 6,4 кг) до примерно 22 фунтов (примерно 10,0 кг), от примерно 14 фунтов (примерно 6,4 кг) до примерно 21 фунта (примерно 9,5 кг), от примерно 14 фунтов (примерно 6,4 кг) до примерно 20 фунтов (примерно 9,1 кг), от примерно 14 фунтов (примерно 6,4 кг) до примерно 19 фунтов (примерно 8,6 кг), от примерно 14 фунтов (примерно 6,4 кг) до примерно 18 фунтов (примерно 8,2 кг), от примерно 14 фунтов (примерно 6,4 кг) до примерно 17 фунтов (примерно 7,7 кг), от примерно 14 фунтов (примерно 6,4 кг) до примерно 16 фунтов (примерно 7,3 кг), от примерно 14 фунтов (примерно 6,4 кг) до примерно 15 фунтов (примерно 6,8 кг), от примерно 15 фунтов (примерно 6,8 кг) до примерно 25 фунтов (примерно 11,3 кг), от примерно 15 фунтов (примерно 6,8 кг) до примерно 22 фунтов (примерно 10,0 кг), от примерно 15 фунтов (примерно 6,8 кг) до примерно 21 фунта (примерно 9,5 кг), от примерно 15 фунтов (примерно 6,8 кг) до примерно 20 фунтов (примерно 9,1 кг), от примерно 15 фунтов (примерно 6,8 кг) до примерно 19 фунтов (примерно 8,6 кг), от примерно 15 фунтов (примерно 6,8 кг) до примерно 18 фунтов (примерно 8,2 кг), от примерно 15 фунтов (примерно 6,8 кг) до примерно 17 фунтов (примерно 7,7 кг), от примерно 15 фунтов (примерно 6,8 кг) до примерно 16 фунтов (примерно 7,3 кг), от примерно 16 фунтов (примерно 7,3 кг) до примерно 25 фунтов (примерно 11,3 кг), от примерно 16 фунтов (примерно 7,3 кг) до примерно 22 фунтов (примерно 10,0 кг), от примерно 16 фунтов (примерно 7,3 кг) до примерно 21 фунта (примерно 9,5 кг), от примерно 16 фунтов (примерно 7,3 кг) до примерно 20 фунтов (примерно 9,1 кг), от примерно 16 фунтов (примерно 7,3 кг) до примерно 19 фунтов (примерно 8,6 кг), от примерно 16 фунтов (примерно 7,3 кг) до примерно 18 фунтов (примерно 8,2 кг), от примерно 16 фунтов (примерно 7,3 кг) до примерно 17 фунтов (примерно 7,7 кг), от примерно 17 фунтов (примерно 7,7 кг) до примерно 25 фунтов (примерно 11,3 кг), от примерно 17 фунтов (примерно 7,7 кг) до примерно 22 фунтов (примерно 10,0 кг), от примерно 17 фунтов (примерно 7,7 кг) до примерно 21 фунта (примерно 9,5 кг), от примерно 17 фунтов (примерно 7,7 кг) до примерно 20 фунтов (примерно 9,1 кг), от примерно 17 фунтов (примерно 7,7 кг) до примерно 19 фунтов (примерно 8,6 кг), от примерно 17 фунтов (примерно 7,7 кг) до примерно 18 фунтов (примерно 8,2 кг), от примерно 18 фунтов (примерно 8,2 кг) до примерно 25 фунтов (примерно 11,3 кг), от примерно 18 фунтов (примерно 8,2 кг) до примерно 22 фунтов (примерно 10,0 кг), от примерно 18 фунтов (примерно 8,2 кг) до примерно 21 фунта (примерно 9,5 кг), от примерно 18 фунтов (примерно 8,2 кг) до примерно 20 фунтов (примерно 9,1 кг), от примерно 18 фунтов (примерно 8,2 кг) до примерно 19 фунтов (примерно 8,6 кг), от примерно 19 фунтов (примерно 8,6 кг) до примерно 25 фунтов (примерно 11,3 кг), от примерно 19 фунтов (примерно 8,6 кг) до примерно 22 фунтов (примерно 10,0 кг), от примерно 19 фунтов (примерно 8,6 кг) до примерно 21 фунта (примерно 9,5 кг), от примерно 19 фунтов (примерно 8,6 кг) до примерно 20 фунтов (примерно 9,1 кг), от примерно 21 фунта (примерно 9,5 кг) до примерно 25 фунтов (примерно 11,3 кг), от примерно 21 фунта (примерно 9,5 кг) до примерно 22 фунтов (примерно 10,0 кг) или от примерно 22 фунтов (примерно 10,0 кг) до примерно 25 фунтов (примерно 11,3 кг).
[014] Благодаря по меньшей мере частично вязкостной характеристике в среднем диапазоне, что позволяет обеспечить некоторые варианты реализации настоящего изобретения, указанные стандарты (например, сопротивление выдергиванию гвоздей, предел прочности на изгиб и твердость сердечника) могут быть выполнены даже в отношении плиты с ультра маленькой плотностью (например, примерно 31 фунт/куб. фут (примерно 497 кг/м3) или менее), как описано в настоящем документе.
[015] Авторами изобретения также было обнаружено, что прежелатинизированные частично гидролизованные крахмалы, полученные согласно вариантам реализации настоящего изобретения, демонстрируют скорости гидратации при заданном повышении температуры (TRS), сопоставимые или превосходящие скорости гидратации обычных прежелатинизированных крахмалов, полученных согласно другому способу. Требуемое время схватывания может зависеть от состава, при этом требуемое время схватывания может быть определено обычным специалистом в данной области техники в зависимости от производственных условий и имеющихся сырьевых материалов.
[016] Продукт согласно вариантам реализации настоящего изобретения можно получить на обычных производственных линиях. Например, технологии производства плит описаны, например, в патенте США 7364676 и в публикации заявки на патент США 2010/0247937. Короче, в случае гипсовой плиты применяемый способ обычно включает выгрузку обшивочного листа на движущийся конвейер. Поскольку гипсовую плиту обычно получают «лицевой стороной вниз», указанный обшивочный лист представляет собой «лицевой» обшивочный лист согласно таким вариантам реализации изобретения.
[017] Сухие и/или влажные компоненты гипсовой суспензии загружают в смеситель (например, пальчиковый смеситель), где их перемешивают с получением гипсовой суспензии. Смеситель содержит основной блок и нагнетательный трубопровод (например, устройство входной канал-контейнер-воронка, известное в данной области техники, или устройство, описанное в патентах США 6494609 и 6874930). Согласно некоторым вариантам реализации изобретения нагнетательный трубопровод может включать распределитель суспензии, либо с одним загрузочным отверстием, либо с несколькими загрузочными отверстиями, такой как распределители, описанные в публикации заявки на патент США 2012/0168527 A1 (заявка № 13/341016) и в публикации заявки на патент США 2012/0170403 A1 (заявка № 13/341209), например. Согласно указанным вариантам реализации изобретения при применении распределителя суспензии с несколькими загрузочными отверстиями нагнетательный трубопровод может включать подходящий разделитель потока, такой как разделители, описанные в публикации заявки на патент США 2012/0170403 A1. При необходимости, в нагнетательный трубопровод смесителя (например, во входной канал, как описано, например, в патентах США 5683635 и 6494609) или в основной блок можно добавить пенообразующее вещество. Суспензия, выгружаемая из нагнетательного трубопровода после добавления всех ингредиентов, включая пенообразующее вещество, представляет собой первичную гипсовую суспензию, которая будет формировать сердечник плиты. Такую суспензию для формирования сердечника плиты выгружают на движущийся лицевой обшивочный лист.
[018] Лицевой обшивочный лист может иметь тонкий накрывочный слой в форме сравнительно плотного слоя суспензии. Кроме того, твердые края, как известно в данной области техники, можно сформировать, например, из того же потока суспензии, из которого получают лицевой накрывочный слой. Согласно вариантам реализации изобретения при введении пены в нагнетательный трубопровод поток вторичной гипсовой суспензии можно удалить из блока смесителя для получения плотной суспензии для формирования накрывочного слоя, которую можно затем использовать для получения лицевого накрывочного слоя и твердых краев, как известно в данной области техники. При применении, лицевой накрывочный слой и твердые края обычно помещают на движущийся лицевой обшивочный лист перед нанесением суспензии для формирования сердечника, как правило, перед смесителем. После выгрузки из нагнетательного трубопровода суспензию для формирования сердечника распределяют, при необходимости, поверх лицевого обшивочного листа (необязательно имеющего накрывочный слой) и покрывают вторым обшивочным листом (обычно «задним» обшивочным листом) с получением влажной сборной конструкции в форме слоистой структуры, которая представляет собой заготовку плиты для получения конечного продукта. Второй обшивочный лист может необязательно иметь второй накрывочный слой, который можно сформировать из такой же или другой вторичной (плотной) гипсовой суспензии, как и в случае лицевого накрывочного слоя, если он присутствует. Обшивочные листы можно изготовить из бумаги, волокнистого мата или другого типа материала (например, фольги, пластмассы, стеклянного мата, нетканого материала, такого как смесь целлюлозного и неорганического наполнителя и т.п.).
[019] Полученную таким образом влажную сборную конструкцию перемещают в секцию формирования, где продукт доводят до требуемой толщины (например, с применением формовочной пластины) и в одну или более ножевых секций, где ее разрезают до требуемой длины. Влажную сборную конструкцию оставляют затвердевать для формирования переплетающейся кристаллической матрицы схваченного гипса, при этом избыток воды удаляют посредством процесса сушки (например, путем перемещения сборной конструкции через обжиговую печь). Удивительно и неожиданно было обнаружено, что плита, полученная согласно изобретению с применением прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала, полученного согласно вариантам реализации настоящего изобретения, требует значительно меньше времени в процессе сушки из-за низкого водопотребления крахмала. Это является преимуществом, поскольку позволяет уменьшить энергетические затраты.
[020] Кроме того, при производстве гипсовой плиты часто используют вибрацию для удаления из осажденной суспензии больших пор или воздушных карманов. В данной области техники известны все из описанных выше стадий, а также процессы и оборудование для осуществления указанных стадий.
[021] Прежелатинизированный частично гидролизованный крахмал, полученный согласно вариантам реализации настоящего изобретения, можно использовать при получении различных продуктов, таких как, например, гипсовая стеновая плита, акустическая (например, потолочная) плитка, шовный герметик, продукты из гипса и целлюлозного волокна, такие как стеновая плита из гипса и древесного волокна и т.п. Согласно некоторым вариантам реализации изобретения указанный продукт можно изготовить из суспензии согласно вариантам реализации настоящего изобретения.
[022] По существу, прежелатинизированный частично гидролизованный крахмал, полученный в экструдере согласно вариантам реализации настоящего изобретения, может оказывать положительный эффект, как описано в настоящем документе, в продукте, не относящемся к оклеенной бумагой гипсовой плите согласно вариантам реализации настоящего изобретения. Например, прежелатинизированный частично гидролизованный крахмал, полученный согласно вариантам реализации настоящего изобретения, можно использовать в обтянутых матами продуктах (например, тканевых), в которых обшивочные листы плиты находятся в форме волокнистых матов. Такие маты могут необязательно иметь верхний слой для уменьшения водопроницаемости. Другие ингредиенты, которые можно использовать для получения такого обтянутого матом продукта, а также материалы для изготовления волокнистых матов и способы производства, обсуждаются, например, в патенте США 8070895, а также в публикации заявки на патент США 2009/0247937.
[023] Кроме того, продукт, изготовленный из гипса и целлюлозы, может быть в форме целлюлозных частиц (например, древесных волокон), гипса, прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала, полученного согласно вариантам реализации настоящего изобретения, и других ингредиентов (например, водостойких добавок, таких как силоксаны), при необходимости. Другие ингредиенты и способы производства обсуждаются, например, в патентах США 4328178; 4239716; 4392896; 4645548; 5320677; 5817262; и 7413603.
Иллюстративные примеры вариантов реализации изобретения
[024] Согласно одному из вариантов реализации изобретения, предложенный способ получения прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала включает: (a) смешивание по меньшей мере воды, непрежелатинизированного крахмала и слабой кислоты, которая по существу не образует хелатов с ионами кальция, с получением влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника с влагосодержанием от примерно 8 % масс. до примерно 25 % масс.; (b) подачу указанного влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника в экструдер; и (c) прежелатинизацию и кислотную модификацию влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника в экструдере при температуре головки от примерно 150 ºC (примерно 300 ºF) до примерно 210 ºC (примерно 410 ºF).
[025] Согласно другому варианту реализации изобретения давление внутри экструдера составляет по меньшей мере примерно 2000 psi (примерно 13800 кПа).
[026] Согласно другому варианту реализации изобретения растворимость в холодной воде прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала больше примерно 50%.
[027] Согласно другому варианту реализации изобретения вязкость в холодной воде (10% твердой фазы, 25 ºC) прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала составляет от примерно 10 единиц Брабендера (BU) до примерно 120 BU.
[028] Согласно другому варианту реализации изобретения вязкостная характеристика прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала составляет от примерно 20 сантипуаз до примерно 700 сантипуаз при измерении вязкости при воздействии на крахмал условий согласно способу VMA.
[029] Согласно другому варианту реализации изобретения вязкость (10% твердой фазы, 93 ºC) прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала составляет от примерно 5 BU до примерно 33 BU.
[030] Согласно другому варианту реализации изобретения слабая кислота, которая по существу не образует хелатов с ионами кальция, содержит квасцы.
[031] Согласно другому варианту реализации изобретения для получения влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника в смесь добавляют винную кислоту.
[032] Согласно другим вариантам реализации изобретения количество слабой кислоты, которая по существу не образует хелатов с ионами кальция, составляет от примерно 0,5 % масс. до примерно 5 % масс. по массе относительно массы крахмала.
[033] Согласно другому варианту реализации изобретения влагосодержание влажного крахмала составляет от примерно 10 % масс. до примерно 20 % масс. по массе относительно массы крахмалсодержащего вещества-предшественника.
[034] Согласно другому варианту реализации изобретения прежелатинизация и кислотная модификация происходит в экструдере при температуре головки, составляющей от по меньшей мере примерно 175 ºC (примерно 350 ºF) до примерно 205 ºC (примерно 400 ºF).
[035] Согласно другому варианту реализации изобретения выход прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала составляет по меньшей мере примерно 100 кг/час в экструдере.
[036] Согласно другому варианту реализации изобретения прежелатинизация и кислотная модификация происходит в течение менее примерно 5 минут.
[037] Согласно другому варианту реализации изобретения прежелатинизация и кислотная модификация происходит в течение менее примерно 1 минуты.
[038] Согласно другому варианту реализации изобретения предложенный способ не включает стадию очистки прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала.
[039] Согласно другому варианту реализации изобретения предложенный способ не включает стадию нейтрализации прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала.
[040] Согласно другому варианту реализации изобретения степень желатинизирования прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала составляет по меньшей мере примерно 70%.
[041] Согласно другому варианту реализации изобретения прежелатинизированный частично гидролизованный крахмал получают согласно вариантам реализации настоящего изобретения.
[042] Согласно другому варианту реализации изобретения предложенный способ получения прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала включает: (a) смешивание по меньшей мере воды, непрежелатинизированного крахмала и сильной кислоты с получением влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника с влагосодержанием от примерно 8 % масс. до примерно 25 % масс., при этом сильная кислота присутствует в количестве примерно 0,05 % масс. или менее по массе относительно массы крахмала; (b) подачу указанного влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника в экструдер; и (c) прежелатинизацию и кислотную модификацию влажного крахмала в экструдере при температуре головки от примерно 150 ºC (примерно 300 ºF) до примерно 210 ºC (примерно 410 ºF).
[043] Согласно другому варианту реализации изобретения предложенный способ получения прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала включает: (a) смешивание по меньшей мере воды, непрежелатинизированного крахмала и сильной кислоты с получением влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника с влагосодержанием от примерно 8 % масс. до примерно 25 % масс., при этом сильная кислота присутствует в количестве примерно 0,01 % масс. или менее по массе относительно массы крахмала; (b) подачу указанного влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника в экструдер; и (c) прежелатинизацию и кислотную модификацию влажного крахмала в экструдере при температуре головки от примерно 150 ºC (примерно 300 ºF) до примерно 210 ºC (примерно 410 ºF).
[044] Согласно другому варианту реализации изобретения pKa сильной кислоты составляет примерно -1,7 или менее.
[045] Согласно другому варианту реализации изобретения сильная кислота представляет собой серную кислоту, азотную кислоту, соляную кислоту или любую их комбинацию.
[046] Согласно другому варианту реализации изобретения предложенный способ изготовления плиты включает: (a) получение прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала путем (i) смешивания по меньшей мере воды, непрежелатинизированного крахмала и кислоты с получением влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника с влагосодержанием от примерно 8 % масс. до примерно 25 % масс., при этом кислоту выбирают из группы, состоящей из: (1) слабой кислоты, которая по существу не образует хелатов с ионами кальция, (2) сильной кислоты в количестве примерно 0,05 % масс. или менее по массе относительно массы крахмала или (3) любой их комбинации; (ii) подачи влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника в экструдер; и (iii) прежелатинизации и кислотной модификации влажного крахмала в экструдере с головкой при температуре от примерно 150 ºC (примерно 300 ºF) до примерно 210 ºC (примерно 410 ºF); (b) смешивание желатинизованного и частично гидролизованного крахмала с по меньшей мере водой и строительным гипсом с получением суспензии; (c) размещение суспензии между первым обшивочным листом и вторым обшивочным листом с получением влажной сборной конструкции; (d) разрезание влажной сборной конструкции с получением плиты; и (e) сушку плиты.
[047] Согласно другому варианту реализации изобретения сильная кислота присутствует в количестве примерно 0,01 % масс. или менее по массе относительно массы крахмала.
[048] Согласно другому варианту реализации изобретения предложенный способ изготовления плиты включает (a) получение прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала путем (i) смешивания по меньшей мере воды, непрежелатинизированного крахмала и слабой кислоты, которая по существу не образует хелатов с ионами кальция, с получением влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника с влагосодержанием от примерно 8 % масс. до примерно 25 % масс.; (ii) подачи влажного крахмала в экструдер; и (iii) прежелатинизации и кислотной модификации влажного крахмала в экструдере с головкой при температуре от примерно 150 ºC (примерно 300 ºF) до примерно 210 ºC (примерно 410 ºF); (b) смешивание прежелатинизированного и частично гидролизованного крахмала с по меньшей мере водой и строительным гипсом с получением суспензии; (c) размещение суспензии между первым обшивочным листом и вторым обшивочным листом с получением влажной сборной конструкции; (d) разрезание влажной сборной конструкции с получением плиты; и (e) сушку плиты.
[049] Согласно другому варианту реализации изобретения предложенный способ изготовления плиты включает: (a) смешивание по меньшей мере воды, непрежелатинизированного крахмала и сильной кислоты с получением влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника с влагосодержанием от примерно 8 % масс. до примерно 25 % масс., при этом сильная кислота присутствует в количестве примерно 0,05 % масс. или менее по массе относительно массы крахмала; (ii) подачу указанного влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника в экструдер; и (iii) прежелатинизацию и кислотную модификацию влажного крахмала в экструдере с головкой при температуре от примерно 150 ºC (примерно 300 ºF) до примерно 210 ºC (примерно 410 ºF); (b) смешивание прежелатинизированного и частично гидролизованного крахмала с по меньшей мере водой и строительным гипсом с получением суспензии; (c) размещение суспензии между первым обшивочным листом и вторым обшивочным листом с получением влажной сборной конструкции; (d) разрезание влажной сборной конструкции с получением плиты; и (e) сушку плиты.
[050] Согласно другому варианту реализации изобретения сильная кислота присутствует в количестве, составляющем примерно 0,01 % масс. или менее по массе относительно массы крахмала.
[051] Согласно другому варианту реализации изобретения схваченный гипсовый сердечник имеет прочность на сжатие большую, чем схваченный гипсовый сердечник, изготовленный с применением крахмала, полученного согласно другому способу.
[052] Согласно другому варианту реализации изобретения при добавлении к суспензии степень желатинизирования прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала составляет по меньшей мере примерно 70%, при этом дополнительная желатинизация происходит на стадии сушки.
[053] Согласно другому варианту реализации изобретения прежелатинизированный частично гидролизованный крахмал является полностью желатинизированным при добавлении к суспензии.
[054] Согласно другому варианту реализации изобретения прочность на сжатие плиты составляет по меньшей мере примерно 400 psi (примерно 2760 кПа) (2800 кПа) при плотности 29 фунт/куб. фут (примерно 465 кг/м3).
[055] Согласно другому варианту реализации изобретения твердость сердечника плиты составляет по меньшей мере примерно 11, как определено согласно ASTM C473-10.
[056] Согласно другому варианту реализации изобретения плотность плиты составляет от примерно 21 фунт/куб. фут (примерно 336 кг/м3) до примерно 35 фунт/куб. фут (примерно 561 кг/м3).
[057] Согласно другому варианту реализации изобретения суспензия дополнительно содержит триметафосфат натрия.
[058] Согласно другому варианту реализации изобретения количество воды, которое необходимо добавить для поддержания текучести суспензии на том же уровне, который был бы без применения прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала, меньше, чем увеличение количества воды, необходимого при применении прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала, полученного согласно другому способу.
[059] Согласно другому варианту реализации изобретения количество крахмала составляет от примерно 0,5% до примерно 10% по массе в расчете на массу штукатурки.
[060] Согласно другому варианту реализации изобретения стеновую плиту получают согласно вариантам реализации настоящего изобретения.
[061] Следует отметить, что предыдущее описание представляет собой просто примеры вариантов реализации изобретения. Благодаря полноте описания, приведенного в настоящем документе, являются очевидными и другие типичные варианты реализации изобретения. Обычному специалисту в данной области техники также будет понятно, что каждый из указанных вариантов реализации изобретения можно использовать в различных комбинациях с другими вариантами реализации, представленными в настоящем документе.
[062] Следующие примеры дополнительно иллюстрируют изобретение, но, конечно, не должны рассматриваться как ограничивающие его объем каким бы то ни было образом.
ПРИМЕР 1
[063] В настоящем примере проиллюстрировано получение прежелатинизированных частично гидролизованных крахмалов согласно вариантам реализации настоящего изобретения.
[064] Для проведения различных испытаний на определенные свойства (например, вязкость, текучесть, прочность) были получены девять прежелатинизированных частично гидролизованных крахмалов, полученных согласно вариантам реализации настоящего изобретения. Указанные девять предложенных в изобретении крахмалов были исследованы вместе с тремя коммерчески доступными крахмалами.
[065] Согласно предложенному в изобретении способу получения прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала влажные крахмалсодержащие вещества-предшественники получали путем смешивания кукурузной муки без зародыша, которую можно приобрести в виде муки из желтой кукурузы CCM 260 в компании Bunge North America (Сент-Луис, Миссури), в количестве 100 кг, варьирующих количеств сульфата алюминия (квасцов), слабой кислоты, которая по существу не образует хелатов с ионами кальция, и/или винной кислоты (менее 20 % масс. от общего количества слабых кислот) и варьирующих количеств воды. Влажные крахмалсодержащие вещества-предшественники загружали в одношнековый экструдер, который можно приобрести в виде Advantage 50 в компании American International (Юг Белойт, Иллинойс). В экструдере влажные крахмалсодержащие вещества-предшественники подвергали прежелатинизации и кислотной модификации в одну стадию, так что указанные процессы происходили одновременно.
[066] Ниже в таблице 4 приведены параметры экструзии кукурузной муки в присутствии кислоты. Продолжительность экструзии (т.е., время прежелатинизации и кислотной модификации) составляло менее 30 секунд. Все процентные содержания рассчитаны на основе общей массы крахмала, за исключением влаги, количество которой рассчитывали на основе общей массы во влажном состоянии, выраженной в виде суммы массы воды, крахмала и других добавок.
[067] Полученные в результате прежелатинизированные частично гидролизованные крахмалы оценивали по сравнению с обычным прежелатинизированным кукурузным крахмалом с вязкостью 773 сантипуаз, обозначенным как композиция 1A (сравнительная), а также с двумя крахмалами с низким водопотреблением, полученными путем экструзии модифицированных кислотой кукурузных крахмалов, которые можно приобрести в виде Clinton 277 (ADM, Чикаго, Иллинойс) и Caliber 159 (Cargill, Уайзета, Миннесота), обозначенными как композиция 1B (сравнительная) и композиция 1C (сравнительная), соответственно.
Таблица 4
| Вещество | Кукурузная мука |
| Масло канолы | 0,25 % масс. |
| Жидкие квасцы | 1 % масс. - 4 % масс. |
| Винная кислота | 0 % масс. - 0,3 % масс. |
| Влага в крахмале в процессе экструзии | 10 % масс. - 20 % масс. |
| Основной шнек (об/мин) | 350 |
| Скорость загрузочного шнека (об/мин) | 14 |
| Температура головки ( ºF) | 350-370 (примерно 177-188 оС) |
| Скорость ножа (об/мин) | 400-1000 |
[068] В процессе экструзии были получены прежелатинизированные частично гидролизованные крахмалы, обозначенные как композиции 1D-1L.
[069] Ниже в таблице 5 приведены подробные данные о различных содержаниях влаги для проведения экструзии и содержаниях кислоты в процессе экструзии в случае композиций 1D-1L. Композиции 1D-1H и 1L были получены при влагосодержании 16 % масс., тогда как композиции 1I-1K были получены при влагосодержании 13 % масс. Композиции 1D-1G и композиции 1I-1L были получены при применении жидких квасцов в количестве, варьирующем от 1 % масс. до 4 % масс., тогда как композиция 1H содержала жидкие квасцы и винную кислоту. Композиции 1F и 1L были получены с применением одинакового влагосодержания и количества кислоты, но в примере 3 указанные композиции содержали разные количества замедлителя схватывания.
Таблица 5
| Композиция | Влага | Кислота |
| Композиция 1A | 16 % масс. | Нет данных |
| Композиция 1B | 19 % масс. | Нет данных |
| Композиция 1C | 19 % масс. | Нет данных |
| Композиция 1D | 16 % масс. | 1 % масс. квасцов |
| Композиция 1E | 16 % масс. | 2 % масс. квасцов |
| Композиция 1F | 16 % масс. | 3 % масс. квасцов |
| Композиция 1G | 16 % масс. | 4 % масс. квасцов |
| Композиция 1H | 16 % масс. | 2 % масс. квасцов; 0,3 % масс. винной кислоты |
| Композиция 1I | 13 % масс. | 1 % масс. квасцов |
| Композиция 1J | 13 % масс. | 2 % масс. |
| Композиция 1K | 13 % масс. | 3 % масс. квасцов |
| Композиция 1L | 16 % масс. | 3 % масс. квасцов |
[070] В примерах 2-4, описанных ниже, испытывали композиции, приведенные в таблице 5, на различные свойства. В примере 2 композиции 1B-1L оценивали в отношении вязкости в амилографических испытаниях. В примере 3 исследовали суспензии, полученные с применением одной из композиций 1A, 1D-1I и 1K-1L, на текучесть, которую оценивали посредством испытания текучести по осадке конуса. Затем полученные данные дополнительно подтверждали путем измерения времени до достижения 50% гидратации суспензий. Такие измерения показали, сколько времени потребовалось для схватывания суспензий. В примере 4 исследовали суспензии, полученные с применением композиций 1A, 1D-1I и 1K, на прочность, которую оценивали путем испытания на сжатие, описанного в настоящем документе.
ПРИМЕР 2
[071] В настоящем примере проиллюстрирована вязкость прежелатинизированных частично гидролизованных крахмалов, полученных в экструдере согласно вариантам реализации настоящего изобретения. Композиции 1D-1K были исследованы в сравнении с экструдированными коммерчески доступными кислотно-модифицированными крахмалами (композиции 1B-1C), в частности, в отношении изменения вязкости в зависимости от количества кислоты (например, квасцов) и влагосодержания, определяемого уровнем влаги во влажном крахмале, загружаемом через экструдер.
[072] При подготовке к испытанию исследуемые композиции подмешивали вместе с водой в крахмальную суспензию таким образом, что крахмальные суспензии содержали указанные композиции в количестве 10 % масс. Следует отметить, что термин «раствор» применяют, когда крахмал полностью желатинизирован и полностью растворен, а термин «суспензия» применяют в случае, когда крахмал растворился не полностью. Затем каждую композицию испытывали на вязкость при разных температурах с помощью амилографического метода, описанного в настоящем документе. Результаты испытаний графически изображены на фиг. 1 и 2, которые представляют собой амилограммы, позволяющие оценить вязкость прежелатинизированных частично гидролизованных крахмалов при разных температурах путем графического изображения зависимости вязкости (левая ось y) и температуры (правая ось y) от времени (ось x). Кривая изменения температуры проходит над кривой каждой пробы. Для каждой пробы применяли один и тот же профиль температуры. На других кривых показана вязкость крахмалов.
[073] Исходная вязкость при 25ºC представляла собой показатель текучести суспензионной системы, содержащей любую из композиций 1B-1K. 25ºC представляет собой температуру, при которой крахмал будет смешиваться со строительным гипсом и другими ингредиентами для изготовления плиты. Кроме того, при этой температуре вязкость крахмала отрицательно коррелирует с текучестью штукатурной суспензии.
[074] Вязкость на минимуме (93ºC) представляла собой показатель молекулярной массы любой из композиций 1B-1K. При температуре 93ºC молекулы крахмала полностью растворяются в воде. Вязкость растворов крахмала при 93ºC положительно коррелирует с молекулярной массой крахмала, что является результатом частичного гидролиза.
[075] Фиг. 1 представляет собой амилограмму, полученную путем нанесения на график значений вязкости (левая ось y) и температуры (правая ось y) относительно пятидесятиминутного периода времени (ось x). Сравнительные композиции 1B и 1C и предложенные в изобретении композиции 1D-1H, описанные в настоящем документе, подмешивали в крахмальные растворы в количестве 10% по массе в расчете на массу раствора. Для избежания образования комков крахмал добавляли в воду в смесительной чашке смесителя Waring при перемешивании с низкой скоростью в течение 20 секунд. Затем оценивали растворы крахмала с применением вискографа-E (C.W. Brabender® (Брабендер) Instruments, Inc., Юг Хакенсак, Нью-Джерси). Согласно методике измерения вязкости Брабендера, описанной в настоящем документе, вязкость измеряют с помощью вискографа C.W. Brabender, например, вискографа-E, в котором для динамических измерений используют крутящий реактивный момент. Следует отметить, что, как определено в настоящем документе, единицы Брабендера измеряют с применением чашки для проб размером 16 жидких унций (примерно 500 см3) с 700 cmg картриджем со скоростью 75 об/мин. Обычный специалист в данной области техники также легко поймет, что единицы Брабендера можно конвертировать в другие единицы измерения вязкости, такие как сантипуазы (например, спз = BU × 2,1 при применении измерительного 700 cmg картриджа) или единицы Кребса, как описано в настоящем документе. Профили склеивания композиций 1D-1H, экструдированных при 16 % масс. влагосодержании показаны на фиг. 1 вместе со сравнительными композициями 1B и 1C.
[076] Рассматривая предложенные в изобретении композиции 1D-1H видно, что при увеличении содержания квасцов от 1 % масс. до 4 % масс. исходная вязкость уменьшалась от 70 единиц Брабендера (BU) до 10 BU, при этом молекулярная масса также уменьшалась. Исходные вязкости и вязкости при 93ºC композиций 1D-1H уменьшались до вязкостей композиций 1B и 1C. Композиции 1B и 1C демонстрировали обычные предельные вязкости крахмалов с низким водопотреблением.
[077] Результаты исследования композиций 1D-1H, показанные на фиг. 1, демонстрируют, что в процессе экструзии можно обеспечить оптимальную кислотную модификацию. Полученные результаты также показывают, что предложенный в изобретении способ получения прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала позволил успешно понизить вязкость (молекулярную массу) крахмала. Не наблюдался максимум вязкости в диапазоне от 70ºC до 90ºC, что указывает на то, что композиции 1D-1H были полностью желатинизированы. Если бы композиции 1D-1H не были бы полностью желатинизированы, имело бы место увеличение вязкости. Полная желатинизация крахмальных композиций была подтверждена с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC).
[078] Фиг. 2 представляет собой вторую амилограмму, полученную путем нанесения на график значений вязкости (левая ось y) и температуры (правая ось y) относительно пятидесятиминутного периода времени (ось x). Все сравнительные композиции 1B и 1C и предложенные в изобретении композиции 1I-1K, описанные в настоящем документе, подмешивали в крахмальные растворы в количестве 10% по массе в расчете на массу раствора. Для избежания образования комков крахмал добавляли в воду в смесительной чашке смесителя Waring при перемешивании с низкой скоростью в течение 20 секунд. Затем оценивали растворы крахмала с применением вискографа E. Профили склеивания композиций 1I-1K, экструдированных при 13 % масс. влагосодержании, показаны на фиг. 2 вместе со сравнительными композициями 1B и 1C.
[079] Похожие тенденции, наблюдаемые в случае композиций 1D-1H, наблюдали с композициями 1I-1K. В частности, способ получения прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала в экструдере, описанный в настоящем документе, позволил успешно понизить вязкость композиций 1I-1K.
[080] При увеличении содержания квасцов от 1 % масс. до 3 % масс. исходная вязкость уменьшалась от 75 BU до 14 BU, при этом молекулярная масса также уменьшалась. Исходные вязкости и вязкость при 93°C композиций 1I - 1K уменьшались до вязкостей композиций 1B и 1C.
[081] Кроме того, результаты исследования композиций 1I-1K, показанные на фиг. 2, демонстрируют, что в процессе экструзии можно обеспечить оптимальную кислотную модификацию. Не наблюдался максимум вязкости в диапазоне от 70ºC до 90ºC, что указывает на то, что композиции 1I-1K были полностью желатинизированы.
[082] Кроме того, полученные результаты показали, что при более низком влагосодержании можно обеспечить гидролиз большего количества крахмала при заданном уровне кислоты, чем при более высоком влагосодержании, поскольку при низком влагосодержании имеется больше механической энергии и, таким образом, разлагается большее количество крахмала, так что крахмала станет меньше при применении такого же уровня кислоты.
ПРИМЕР 3
[083] В настоящем примере проиллюстрирована текучесть гипсовых суспензий, содержащих композиции 1A (сравнительная), 1D-1I и 1K-1L. Композиции оценивали в отношении текучести с помощью испытания на текучесть по осадке конуса, как будет понятно обычному специалисту в данной области техники.
[084] При подготовке к испытанию были получены суспензии с каждой из композиций 1A (сравнительная), 1D-1I и 1K-1L в количестве 2 % масс., параметры приведены ниже в таблице 6, применяемое отношение воды к штукатурке (WSR) составляло 100.
Таблица 6
| Ингредиент | Масса (г) |
| Штукатурка | 400 |
| Термостойкий ускоритель схватывания | 4 |
| Крахмал | 8 |
| 10% раствор триметафосфата натрия | 8 |
| Диспергатор | 2 |
| 1% раствор замедлителя схватывания | 20 |
| Вода для затворения | 357 |
| Пена PFM-33 (0,5% раствор) | 25 |
[085] Крахмал взвешивали и добавляли в сухую смесь, содержащую штукатурку с чистотой выше 95% и термостойкий ускоритель схватывания. Воду, триметафосфат натрия (10 % масс. раствор), диспергатор и замедлитель схватывания взвешивали в смесительной чаше смесителя компании Hobart. Сухую смесь засыпали в смесительную чашу смесителя, который можно приобрести в виде смесителя N50 5-Quart в компании Hobart (Трой, Огайо), вымачивали в течение 10 секунд и перемешивали со скоростью II в течение 30 секунд. Для получения пены приготавливали 0,5% раствор мыла Hyonic® (Хуоник) PFM-33 (которое можно приобрести в компании GEO® Specialty Chemicals, Амблер, Пенсильвания) и затем смешивали с воздухом с получением воздушной пены. Указанную воздушную пену добавляли в суспензию, используя генератор пены.
[086] Затем каждую суспензию помещали в цилиндр с диаметром 4,92 см (1,95 дюйма) и высотой 10 см (3,94 дюйма). Далее цилиндр поднимали, позволяя суспензии свободно стекать. Затем для демонстрации текучести суспензий измеряли диаметры образовавшихся осадков конуса и фиксировали полученные значения ниже в таблице 7. В таблице 8 также приведены результаты определения времени при проведении испытания на достижение 50% гидратации, более подробно описанной ниже.
Таблица 7
| Композиция | Замедлитель схватывания | Осадка конуса (см) | Время до 50% гидратации (минуты) |
| Композиция 1A | 0,05 % масс. | 13,7 см (5 3/8 дюйма) | 4 |
| Композиция 1D | 0,05 % масс. | 16,5 см (6 1/2 дюйма) | 3,8 |
| Композиция 1E | 0,05 % масс. | 15,2 см (6 дюймов) | 3,6 |
| Композиция 1F | 0,05 % масс. | 16,2 см (6 3/8 дюйма) | 3,7 |
| Композиция 1G | 0,05 % масс. | 16,2 см (6 3/8 дюйма) | 3,3 |
| Композиция 1H | 0,05 % масс. | 17,8 см (7 дюймов) | 3,7 |
| Композиция 1I | 0,05 % масс. | 15,9 см (6 1/4 дюйма) | 3,6 |
| Композиция 1K | 0,05 % масс. | 18,4 см (7 1/4 дюйма) | 3,4 |
| Композиция 1L | 0,0625 % масс. | 18,4 см (7 1/4 дюйма) | 4 |
[087] Как можно видеть из таблицы 7, суспензии, полученные с применением композиций 1D-1I и 1K, демонстрируют большие размеры осадков конуса, чем суспензия, полученная с применением композиции 1A (сравнительной). Они также более быстро схватываются, чем композиция 1A (сравнительная), что указывает на то, что суспензии, содержащие композиции 1D-1I и 1K, имели лучшие текучести, чем суспензия, содержащая композицию 1A.
[088] Кроме того, с целью сравнения размера осадка конуса для указанных суспензий было измерено время до достижения 50% гидратации при схватывании суспензий с одинаковой скоростью. Температурные профили суспензии измеряли с применением программного обеспечения, как будет понятно обычному специалисту в данной области техники.
[089] Такое дополнительное исследование проводили для подтверждения, что испытания на осадку конуса были правильными, в частности, для иллюстрации, что большие осадки конуса, наблюдаемые в случае суспензий, содержащих прежелатинизированные частично гидролизованные крахмалы, полученные согласно вариантам реализации настоящего изобретения, являлись следствием улучшенной текучести по сравнению с композицией 1A (сравнительной), а не медленной гидратации.
[090] Композиция 1H, полученная с применением 2 % масс. квасцов и 0,3 % масс. винной кислоты, эффективно гидролизовала крахмал до низкой вязкости и меньше влияла на скорость гидратации, поскольку винная кислота и квасцы оказывают противоположное воздействие на скорость гидратации.
[091] Фиг. 3 представляет собой график зависимости температуры от времени, на котором показана скорость гидратации при заданном повышении температуры (TRS). Композиции 1F, содержащие 0,05% и 0,0625% замедлителя схватывания, соответственно, гидратируют быстрее или с той же скоростью, что и композиция 1A (сравнительная).
[092] Как показано на фиг. 3, композиция 1L, содержащая 0,0625 % масс. замедлителя схватывания, имела ту же скорость гидратации, что и композиция 1A (сравнительная). Размер осадки конуса при применении композиции 1L, содержащей 0,065 % масс. замедлителя схватывания, составлял 18,415 см (7 1/4 дюйма) и был значительно больше, чем в случае композиции 1A.
[093] Полученные результаты позволяют предположить, что большие размеры осадки конуса, наблюдаемые при применении суспензий, содержащих прежелатинизированные частично гидролизованные крахмалы, полученные согласно вариантам реализации настоящего изобретения, были обусловлены высокой текучестью, а не и более медленным схватыванием. Кроме того, прежелатинизированные частично гидролизованные крахмалы, полученные согласно вариантам реализации настоящего изобретения, позволят получать стеновые плиты при применении меньшего количества воды без ущерба для текучести.
ПРИМЕР 4
[094] В настоящем примере проиллюстрирована прочность гипсовых дисков, полученных с применением суспензий, содержащих композиции 1A (сравнительная), 1D-1I и 1K. Прочность оценивали на основе испытания на сжатие, описанного в настоящем документе.
[095] Для подготовки к испытанию были получены суспензии с каждой из композиций 1A (сравнительной), 1D-1I и 1K-1L в количестве 2 % масс., параметры приведены выше в таблице 4.
[096] Для получения гипсовых дисков с конечной плотностью 29 фунт/куб. фут (примерно 465 кг/м3) применяли отношение вода/штукатурка (WSR), составляющее 100, и воздушную пену. Крахмал взвешивали и добавляли в сухую смесь, содержащую штукатурку и термостойкий ускоритель схватывания. Воду, 10% раствор триметафосфата натрия, диспергатор и замедлитель схватывания взвешивали в смесительную чашу смесителя компании Hobart. Сухую смесь засыпали в смесительную чашу смесителя, который можно приобрести в виде смесителя N50 5-Quart в компании Hobart (Трой, Огайо), вымачивали в течение 10 секунд и перемешивали со скоростью II в течение 30 секунд. Для получения пены приготавливали 0,5% раствор мыла Hyonic® (Хуоник) PFM-33 (которое можно приобрести в компании GEO® Specialty Chemicals, Амблер, Пенсильвания) и затем смешивали с воздухом с получением воздушной пены. Указанную воздушную пену добавляли в суспензию, используя генератор пены. Генератор пены работал при скорости, достаточной для обеспечения требуемой плотности плиты 29 фунт/куб. фут (примерно 465 кг/м3). После добавления пены суспензию сразу же выливали в место, расположенное чуть выше верхних отверстий пресс-форм. Избыток соскабливали сразу же после схватывания штукатурки. Пресс-формы орошали смазкой для пресс-форм (WD-40™). Полученные диски имели диаметр 10,16 см (4 дюйма) и толщину 1,27 см (0,5 дюйма).
[097] После затвердевания дисков их вынимали из пресс-формы и затем высушивали при 110°F (43°C) в течение 48 час. После удаления из печи диски оставляли охлаждаться при комнатной температуре в течение 1 час. Прочность на сжатие измеряли с применением системы испытания материалов, которую можно приобрести в виде системы SATEC™ E/M в компании MTS Systems Corporation (Иден-Прери, Миннесота). Нагрузку применяли непрерывно и без удара при скорости 0,04 дюйма/мин (примерно 0,1 см/мин) (при постоянной скорости в диапазоне от 15 до 40 psi/сек (от примерно 103 до примерно 276 кПа/сек)). Результаты показаны ниже в таблице 8.
Таблица 8
| Композиция | Прочность на сжатие (PSI@29фунт/куб. фут) (кПа@465 кг/м3) |
| Композиция 1A | 396 (примерно 2730) |
| Композиция 1D | 439 (примерно 3030) |
| Композиция 1E | 388 (примерно 2680) |
| Композиция 1F | 476 (примерно 3280) |
| Композиция 1G | 419 (примерно 2890) |
| Композиция 1H | 417 (примерно 2880) |
| Композиция 1I | 455 (примерно 3140) |
| Композиция 1K | 426 (примерно 2940) |
[098] Как видно из таблицы 8, полученные с применением пены диски, содержащие композиции 1D-1I и 1K, имели прочности на сжатие, сравнимые с дисками, содержащими композицию 1A (сравнительную), что указывает на то, что прежелатинизированные частично гидролизованные крахмалы позволяют уменьшить водопотребление при сохранении своей способности усиливать прочность. Требуемая прочность на сжатие образцов дисков составляет приблизительно 400 psi (примерно 2760 кПа). Такая прочность необходима для того, чтобы плиту можно было обрабатывать должным образом без того, чтобы она развалилась на куски.
[099] Подразумевают, что применение терминов в единственном числе, термина «по меньшей мере один» и аналогичных терминов в контексте описания настоящего изобретения (особенно в контексте приведенной ниже формулы изобретения) (например, в отношении кислот, исходных крахмалов или других компонентов или элементов) включает существительные как во множественном, так и единственном числе, если в настоящем документе не указано иное или явно не противоречит контексту. Подразумевают, что применение термина «по меньшей мере один» с последующим перечнем одного или более элементов (например, «по меньшей мере один из A и B») означает один элемент, выбранный из перечисленных элементов (A или B) или любой комбинации двух или более перечисленных элементов (A и B), если в настоящем документе не указано иное или явно не противоречит контексту. Подразумевают, что термины «состоящий из», «имеющий», «включающий» и «содержащий» представляют собой неограничивающие термины (т.е., означают «в том числе, но не ограничиваясь этим»), если не указано иначе. В настоящем документе приведение диапазонов значений просто служит в качестве ускоренного способа перечисления по отдельности каждого отдельного значения, попадающего в данный диапазон, если в настоящем документе не указано иное, при этом каждое отдельное значение включено в описание изобретения, как если бы оно было индивидуально приведено в настоящем документе. Все способы, описанные в настоящем документе, можно осуществлять в любом подходящем порядке, если не указано иное или иным образом явно не противоречит контексту. В настоящем документе применение любого и всех примеров или типичного выражения (например, «такой как») предназначено просто для лучшего иллюстрирования изобретения и не накладывает ограничения на объем изобретения, если не заявлено иное. Ни одно выражение в описании изобретения не следует истолковывать как указание, что какой-либо незаявленный элемент является существенным для практической реализации настоящего изобретения.
В настоящем документе описаны предпочтительные варианты реализации изобретения, в том числе, наилучший способ, известный авторам изобретения, для осуществления предложенного изобретения. Вариации указанных предпочтительных вариантов реализации изобретения могут стать очевидными для обычных специалистов в данной области техники после прочтения приведенного выше описания. Авторы изобретения ожидают, что опытные специалисты будут использовать такие вариации по мере необходимости, и авторы изобретения предполагают, что настоящее изобретение будет практически реализовано иным образом, чем, в частности, описано в настоящем документе. Соответственно, настоящее изобретение включает все модификации и эквиваленты предмета изобретения, изложенные в формуле изобретения, прилагаемой к настоящему документу в соответствии с действующим законом. Кроме того, изобретение включает любую комбинацию описанных выше элементов во всех возможных их вариациях, если в настоящем документе не указано иное или это иным образом явно не противоречит контексту.
1. Способ получения прежелатинизированного, частично гидролизованного крахмала, включающий:
(a) смешивание по меньшей мере воды, непрежелатинизированного крахмала и кислоты, характеризующейся значением рКа от 3 до 6, которая по существу не образует хелатов с ионами кальция, с получением влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника с влагосодержанием от 8% масс. до 25% масс.;
(b) подачу указанного влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника в экструдер; и
(c) прежелатинизацию и кислотную модификацию указанного влажного крахмала в экструдере при температуре головки, составляющей от 150°С (300°F) до 210°С (410°F),
причем прежелатинизированный, частично гидролизованный крахмал характеризуется степенью желатинизации по меньшей мере 70%, и причем прежелатинизированный, частично гидролизованный крахмал характеризуется вязкостью в холодной воде (10% твердой фазы, 25°С) от 10 единиц Брабендера (BU) до 120 BU.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанная кислота, которая по существу не образует хелатов с ионами кальция, включает квасцы.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что для получения указанного влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника в смесь включают винную кислоту.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный способ не включает стадии очистки и нейтрализации для получения прежелатинизированного кислотно-модифицированного крахмала.
5. Способ изготовления плиты, включающий:
(а) получение прежелатинизированного частично гидролизованного крахмала путем смешивания по меньшей мере воды, непрежелатинизированного крахмала и кислоты с получением влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника с влагосодержанием от 8% масс. до 25% масс., при этом указанная кислота представляет собой кислоту, характеризующуюся значением рКа от 3 до 6, которая по существу не образует хелатов с ионами кальция;
(b) подачу указанного влажного крахмалсодержащего вещества-предшественника в экструдер; и прежелатинизацию и кислотную модификацию влажного крахмала в экструдере с головкой при температуре от 150°С (300°F) до 210°С (410°F), причем прежелатинизированный, частично гидролизованный крахмал характеризуется степенью желатинизации по меньшей мере 70%, и причем прежелатинизированный, частично гидролизованный крахмал характеризуется вязкостью в холодной воде (10% твердой фазы, 25°С) от 10 единиц Брабендера (BU) до 120 BU;
(c) смешивание указанного прежелатинизированного и частично гидролизованного крахмала с по меньшей мере водой и строительным гипсом с получением суспензии;
(d) размещение суспензии между первым обшивочным листом и вторым обшивочным листом с получением влажной сборной конструкции;
(e) разрезание влажной сборной конструкции с получением плиты; и
(f) сушку плиты.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что указанная суспензия дополнительно содержит триметафосфат натрия.
