具有中等范围粘度的预胶化淀粉，以及与其相关的产品、浆料和方法.pdf

本发明公开了与具有中等范围粘度(即约20厘泊至约700厘泊)的预胶化淀粉和经挤出的预胶化淀粉相关的产品(例如面板)、浆料和方法。

1.接合配混物，其包含：
(a)碳酸钙；
(b)至少一种预胶化淀粉，其中所述淀粉具有约20厘泊至约700厘泊的粘度，且其中所
述粘度根据VMA法测得。
2.包括吸声部件的吸声面板，所述吸声部件包括纤维和至少一种预胶化淀粉，其中所
述淀粉具有约20厘泊至约700厘泊的粘度，其中所述粘度根据VMA法测得，且其中所述面板
根据ASTM C 423-02具有至少约0.5的降噪系数。
3.板，其包括：
设置于两个覆盖片材之间的凝固石膏芯，所述芯由包含灰泥、水和至少一种预胶化淀
粉的浆料形成；
所述淀粉具有大于约30％的冷水溶解度；
相比于使用冷水溶解度小于约30％的淀粉制得的凝固石膏芯，所述凝固石膏芯具有更
大的压缩强度。
4.根据权利要求3所述的板，其中所述淀粉具有约30％至约75％的冷水溶解度。
5.根据权利要求3所述的板，其中所述淀粉具有约0.1重量％至约5重量％的量，以灰泥
重量计。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的板，其中所述板具有约24pcf(384kg/m³)至约35pcf
(561kg/m³)的密度。
7.制备板的方法，所述方法包括：
(a)混合至少水、灰泥和至少一种预胶化淀粉，以形成浆料，
(b)将所述浆料设置于第一覆盖片材与第二覆盖片材之间，以形成湿组件，
(c)将所述湿组件切割成板，以及
(d)干燥所述板；
所述淀粉具有大于约30％的冷水溶解度；
相比于使用冷水溶解度小于约30％的淀粉制得的凝固石膏芯，所述凝固石膏芯具有更
大的压缩强度。
8.制备预胶化淀粉的方法，所述方法包括：
(a)混合至少水和非胶化淀粉，以制备湿淀粉，
(b)将所述湿淀粉设置于具有在约90℃或更大的温度下的冲模的挤出机中，以及
(c)干燥所述淀粉；
所述预胶化淀粉具有大于约30％的冷水溶解度。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述预胶化淀粉具有约30％至约75％的冷水溶解
度。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述挤出机冲模在约150℃或更大的温度下。

具有中等范围粘度的预胶化淀粉，以及与其相关的产品、浆料 和方法

本申请是申请日为2013年10月14日，发明名称为“具有中等范围粘度的预胶化淀
粉，以及与其相关的产品、浆料和方法”的中国专利申请201380064231.2的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年10月23日提交的美国临时专利申请No.61/717,588、2013年3月
15日提交的美国非临时专利申请No.13/835,002和2013年10月2日提交的美国部分继续申
请No.14/044,582的权益，前述专利申请全部以全文引用方式并入本文。

背景技术

凝固石膏(即硫酸钙二水合物)是用于许多产品(包括用于建筑构造和改建的面板
和其他产品)的公知材料。一个这种面板(通常称为石膏板)为夹在两个覆盖片材(例如纸面
板)之间的凝固石膏芯的形式，并常用于建筑物的内墙和天花板的干式墙构造。通常称为
“面层”的一个或多个致密层可包括于芯的任一侧上，通常在纸-芯界面处。

在板的制造过程中，通常在叶式混合器中混合灰泥(即硫酸钙半水合物和/或硫酸
钙无水石膏的形式的煅烧石膏)、水和合适的其他成分，如所述术语在本领域中使用那样。
浆料形成并从混合器中排放至携带覆盖片材的移动的传送带上，所述覆盖片材具有已经施
用(通常在混合器的上游)的面层(如果存在的话)中的一个。浆料在纸(面层任选地包括于
纸上)上铺展。将具有或不具有面层的另一覆盖片材施用至浆料，以在例如成型板等的协助
下形成具有所需厚度的夹层结构。浇铸混合物，并使其硬化，以通过煅烧石膏与水反应而形
成结晶水合石膏(即硫酸钙二水合物)的基质，从而形成凝固(即再水合)石膏。正是煅烧石
膏的所需水合使得凝固石膏晶体的连锁基质能够形成，由此将强度赋予产品中的石膏结
构。需要加热(例如在窑中)以驱逐剩余的游离(即未反应的)水，以生成干燥产品。

被驱逐的过量的水表示体系的低效率。需要能量输入来去除水，且制造过程减慢
以适应干燥步骤。然而，已证实在不损害商品的其他关键方面(包括板重量和强度)的情况
下，降低体系中的水量是极困难的。

应了解，本背景技术描述由本发明人创作以协助读者，并不被当作对现有技术的
引用，也不被当作表示所指出的问题的任意者本身在本领域中得以认知。尽管所描述的原
理在一些方面和实施例中缓和了其他体系中所固有的问题，但应了解所保护的创新的范围
由所附权利要求书限定，而不由用以解决本文记载的任何特定问题的要求保护的发明的能
力限定。

发明内容

在一方面，本发明提供了包括凝固石膏芯的板。所述芯可包含石膏的连锁晶体基
质。所述板可设置于两个覆盖片材(例如由纸形成)之间。凝固石膏芯由浆料形成，所述浆料
包含水、灰泥和至少一种预胶化淀粉，所述至少一种预胶化淀粉的特征在于，当淀粉如以下
实例1中所述经受根据VMA法的条件时，其具有“中等范围”的粘度(即具有约20厘泊至约700
厘泊的粘度)，且淀粉以淀粉和水的总重量的15重量％的量在水中。因此，VMA法用于确定当
淀粉经受VMA法的条件时其是否显示中等范围的粘度特性。这不意味着淀粉必须在这些条
件下添加至石膏浆料中。相反，根据本发明的实施例，当将淀粉添加至浆料中时，其可为湿
润(以淀粉在水中的各种浓度)或干燥形式，并且其无需在VMA法中所述的条件下完全胶化
或其他。如本文所用，“预胶化”意指任意程度的胶化。

在另一方面，本发明提供了浆料，其包含水、灰泥和至少一种预胶化淀粉，所述至
少一种预胶化淀粉具有约20厘泊至约700厘泊的中等范围的粘度，其中所述粘度根据VMA法
测得。浆料有时称为“石膏浆料”，因为当水与灰泥反应时，石膏在其中形成。当浆料中的灰
泥与水反应时，石膏(即硫酸钙二水合物)开始形成。浆料可用于制备板以及其他石膏产品。

在另一方面，本发明提供了一种制备板的方法。混合水、灰泥和至少一种预胶化淀
粉以形成浆料，所述至少一种预胶化淀粉的特征在于根据VMA法的中等范围的粘度。淀粉可
以以湿润或干燥的形式添加。所述预胶化淀粉在添加至浆料中时无需为完全胶化的，并且
无需在VMA法中所述的条件下。将浆料设置于第一覆盖片材与第二覆盖片材之间，以形成作
为面板前体的湿组件。在此方面，如本文所用，“设置于……之间”应理解为意指面层可任选
地施用或包括于芯与覆盖片材中的一者或两者之间，从而应了解覆盖片材可包括面层。切
割面板以形成板。干燥所述板。在干燥之后，可根据需要进行最终定尺寸(例如切割)和加
工。根据一些实施例，淀粉可在包括于浆料中之前被化学改性(以相对于预胶化步骤的任意
顺序)。在一些实施例中，预胶化淀粉在添加至浆料中时为部分胶化的，剩余的胶化在干燥
步骤(例如在窑中)发生。在一些实施例中，淀粉在窑中变得完全胶化。

在另一方面，接合配混物包含碳酸钙和至少一种预胶化淀粉，其中所述淀粉具有
约20厘泊至约700厘泊的粘度，且其中所述粘度根据VMA法测得。在一些实施例中，所述接合
配混物还包含煅烧石膏、水和/或凝固阻滞剂。

在另一方面，吸声面板包括吸声部件，所述吸声部件包括纤维和至少一种预胶化
淀粉，其中所述淀粉具有约20厘泊至约700厘泊的粘度，其中所述粘度根据VMA法测得，且其
中所述面板根据ASTM C 423-02具有至少约0.5的降噪系数。在一些实施例中，所述纤维包
括矿物棉。

在另一方面，本发明提供了一种板，所述板包括设置于两个覆盖片材之间的凝固
石膏芯，所述芯由包含灰泥、水和至少一种预胶化淀粉的浆料形成，其中所述淀粉具有大于
约30％的冷水溶解度，且其中所述凝固石膏芯具有比使用冷水溶解度小于约30％的淀粉制
得的凝固石膏芯更大的压缩强度。

在另一方面，本发明提供了一种制备板的方法，其包括混合至少水、灰泥和至少一
种预胶化淀粉以形成浆料、将所述浆料设置于第一覆盖片材与第二覆盖片材之间以形成湿
组件、将所述湿组件切割成板以及干燥所述板。所述淀粉具有大于约30％的冷水溶解度，且
所述凝固石膏芯具有比使用冷水溶解度小于约30％的淀粉制得的凝固石膏芯更大的压缩
强度。

在另一方面，本发明提供了一种制备预胶化淀粉的方法，其包括混合至少水和非
预胶化淀粉以制备湿淀粉、将所述湿淀粉设置于具有在约90℃或更大的温度下的冲模的挤
出机中以及干燥所述淀粉。所述预胶化淀粉具有大于约30％的冷水溶解度。

附图说明

图1为根据本发明的实施例由粘度仪产生的粘度图，其示出了不同状态下的淀粉
的粘度，其中X轴为时间，Y轴叠置了转矩(主Y轴，在左边)和温度(次Y轴，在右边)。

图2为显示了根据本发明的实施例的实例13的立方体在指定密度(X轴)下的压缩
强度(Y轴)的线形图。

具体实施方式

本发明的实施例的前提至少部分在于在石膏浆料中包含预胶化淀粉，所述预胶化
淀粉的特征在于具有“中等范围”粘度(例如约20厘泊至约700厘泊)。尽管在将淀粉置于根
据本文描述的VMA法的某些条件下时测定粘度特性，但应了解预胶化淀粉无需在这些条件
下添加至浆料。令人惊讶地且出乎意料地，已发现包含中等范围粘度的预胶化淀粉提供了
显著益处的组合，例如关于淀粉效率(例如可使用更少的淀粉)、产物强度提高和水需求，例
如在一些实施例中一致地。根据本发明的实施例，包括关于淀粉效率、水需求和/或强度的
益处代表了与已知用于石膏浆料中的淀粉(如非胶化淀粉(未经热炼)或粘度为20厘泊以下
或700厘泊以上的预胶化淀粉(经热炼)，如根据VMA法所测得)相比显著的改进和进步。这些
发现赋予了显著的优点，包括但不限于降低原料成本、提高制造效率和提高产品强度，例如
提供具有足够强度性质的更低重量的产品。

淀粉被分类为碳水化合物，并含有两类多糖，即线性的直链淀粉和支化的支链淀
粉。淀粉颗粒为半结晶的(例如如在偏振光下所见)，并在室温下为不可溶的。胶化为如下过
程：将淀粉置于水中并加热(“热炼”)，使得淀粉颗粒的结晶结构熔化，淀粉分子溶解于水
中，从而产生良好的分散体。已发现，当将淀粉颗粒转变为胶化形式时，由于淀粉颗粒为水
不溶性的，淀粉颗粒最初在水中提供小的粘度。随着温度增加，淀粉颗粒溶胀，结晶结构在
胶化温度下熔化。当淀粉颗粒具有最大溶胀时为峰值粘度。进一步的加热将破坏淀粉颗粒，
并将淀粉分子溶解于水中，且粘度急剧下降。在冷却之后，淀粉分子将再缔合而形成3-D凝
胶结构，其中粘度由于所述凝胶结构而增加。参见例如如下本文所述的图1。一些商用淀粉
以预胶化形式销售，而其他以颗粒形式销售。根据本发明的一些实施例，商用颗粒形式发生
至少一定程度的胶化，使得其在添加至石膏浆料(通常在混合器中，例如叶式混合器)中之
前为预胶化的。

为了获得根据本发明的实施例的所需中等范围粘度，可将淀粉分子改性，例如水
解葡萄糖单元之间的糖苷键，以获得所需的分子量。例如，这种改性可包括酸改性、酶改性
和/或其他方法。例如，用于获得低粘度的其他方法包括例如机械能挤出或将淀粉分子改性
为包含更多的线性直链淀粉单元。作为一个例子，在Tackidex K720的情况中，通过机械能
挤出、更多的直链淀粉单元(-35％)和羟丙基化而获得低粘度。改性可在发生胶化之前或之
后进行。在酶改性的情况中，通常优选的是改性在胶化步骤之后进行。最常用的淀粉转化酶
为α-淀粉酶(阿尔法-淀粉酶)。可通过调节pH或通过加热而停止酶水解反应。在酸改性的情
况中，通常优选的是改性在胶化之前进行，因为这往往更有效且成本密集度更低。为了制备
酸改性的淀粉，应了解未经改性的淀粉的水性悬浮体可用例如少量的强酸(如盐酸、硫酸、
硝酸、氢氟酸等)处理。通过调节反应时间，可改变解聚程度。例如，当获得适当的流动性(例
如如通过进程内实验室控制所测定)时，引入温和的碱以中和酸并停止水解。因此，可制得
各种流动性的酸改性的淀粉。而且，酸改性的淀粉可在中和之后直接使用而无进一步提纯
或者可提纯以去除盐。酸改性的淀粉的最终使用可决定提纯的希望程度。例如，由硫酸改性
并由氢氧化钙中和的淀粉的组合物可含有硫酸根离子和钙离子，所述硫酸根离子和钙离子
可被添加至灰泥和水浆料中。由于灰泥已经具有硫酸根离子和钙离子，因此可不必在添加
至浆料中之前提纯硫酸改性的淀粉。因此，决定提纯的希望程度的考虑包括例如酸和碱的
特性，以及是否希望将除了硫酸根离子和钙离子之外的其他离子添加至浆料。

根据本发明的显示中等范围粘度特性的预胶化淀粉为产品(例如墙板)强度提供
了明显的益处。由于淀粉含有具有三个羟基基团的葡萄糖单体，因此淀粉提供了用于氢键
结合至石膏晶体的许多位点。尽管不希望受限于任何特定的理论，但据信显示出中等范围
粘度特性的预胶化淀粉的分子尺寸提供最佳的淀粉分子移动性以将淀粉分子与石膏晶体
对准，从而有利于淀粉例如经由氢键而良好结合至石膏晶体，以加强所得结晶石膏基质。粘
度在中等范围之外的预胶化淀粉(其分别具有更长的链长和更高的分子量(粘度过高)，和
更短的链长和更低的分子量(粘度过低))不提供相同的益处组合。也据信对于淀粉效率而
言，当淀粉分子充分结合至石膏晶体时，由于晶体已被结合而使得不存在用于粘附或结合
淀粉的另外的石膏晶体位点，因此额外的淀粉不会增加明显的益处。因此，由于石膏晶体与
中等范围粘度的预胶化淀粉分子之间的最佳结合，实际上结晶石膏基质的强度得以提高，
并且与常规淀粉相比需要更少的淀粉来提升该强度。

显示中等范围粘度特性的预胶化淀粉也提供了关于水需求的优点。将淀粉添加至
石膏浆料要求将额外的水添加至石膏浆料中，以保持所需程度的浆料流动性。这是因为淀
粉增加粘度，并降低石膏浆料的流动性。因此，在常规体系中淀粉的使用导致水需求的增
加，从而在石膏浆料中要求甚至更多的过量水。令人惊讶地且出乎意料地，根据本发明的具
有中等范围粘度特性的预胶化淀粉需要更少的水，从而降低了对石膏浆料中的水需求的影
响，尤其是相比于常规淀粉。此外，由于具有中等范围粘度特性的本发明的预胶化淀粉的效
率而可使用更少的淀粉，因此根据本发明的一些实施例，对水需求的积极影响甚至更明显。
所述更低的水需求提供了制造过程中的显著效率。例如，过量水需要能量输入以用于干燥。
线速度必须减慢以适应干燥。因此，通过降低石膏浆料中的水载量，可发现更少的能源和成
本，以及更快的生产率。在一些实施例中，石膏浆料中的水需求的增加小于其他淀粉(如粘
度在700厘泊以上(例如约773厘泊)的预胶化淀粉)所需的水需求的增加。

可选择任何合适的淀粉，只要其可例如经由改性或其他方式满足本发明的中等范
围粘度特性。如本文所用，“淀粉”指包含淀粉组分的组合物。这样，淀粉可为100％纯淀粉或
者可具有其他组分(如通常存在于面粉中的那些(如蛋白质和纤维))，只要淀粉组分构成淀
粉组合物的至少约75重量％。淀粉可为含有淀粉的面粉(例如玉米粉)的形式，如具有面粉
的至少约75重量％，例如至少约80重量％，至少约85重量％，至少约90重量％，至少约95重
量％等的淀粉的面粉。例如但非限制性地，淀粉可为如下形式：含有淀粉的玉米粉；玉米淀
粉，例如260(ADM)、S23F(GPC)、Amidon M-B 065R(Roquette)；
豌豆淀粉，例如酸改性的乙酰化淀粉，如Clearam LG 7015(Roquette)；烷基化淀粉，如羟乙
基化的淀粉，例如714(ADM)、K57F(GPC)或羟丙基化的淀粉，例
如K720(Roquette)；以及氧化淀粉，如444(ADM)；或它们的任意
组合。

石膏浆料通常在叶式混合器内形成。然而，将成分引入混合器中的方式可变化。例
如，在进入混合器之前，可预混组分的各种组合，例如可预混一种或多种干燥成分和/或一
种或多种湿润成分。如本文所用，对于“添加至浆料中”，应了解成分可在进入如本文所述形
成浆料的混合器中之前以任何合适的方式预混。

本发明的具有中等范围粘度特性的预胶化淀粉可以以湿润或干燥的形式包含于
石膏浆料中。如果为湿润形式，则淀粉可以以任何合适的浓度包含，并可与其他湿润成分预
混。尽管根据实例1中所述的VMA法在水中的淀粉的量为淀粉和水的总重量的15重量％的情
况下测量粘度，但这并不必然意味着添加至浆料的淀粉在VMA法所述的条件下完全胶化或
其他或者并不必然意味着添加至浆料的淀粉必须在根据本发明的实施例的15％溶液中。相
反，在这些特定条件下表征淀粉的粘度特征，以确定淀粉是否满足本发明的实施例的粘度
标准，并允许在归一化的情况下比较不同淀粉的粘度特性。

因此，如本文所用，“预胶化”意指淀粉在包含于石膏浆料中之前具有任意胶化程
度。在一些实施例中，预胶化淀粉在包含于浆料中时可为部分胶化的，但在暴露于高温时
(例如在用于干燥步骤以去除过量水的窑中)变得完全胶化。在一些实施例中，只要淀粉在
根据VMA法的条件下满足中等范围粘度特性，甚至在离开窑时预胶化淀粉也为不完全胶化
的。

粘度仪和差示扫描量热法(DSC)为描述淀粉胶化的两个不同的方法。可通过例如
来自DSC的热谱图，例如使用峰面积(晶体的熔化)计算而确定淀粉胶化程度。粘度图(来自
粘度仪)对于确定部分胶化程度而言是较不合意的，但其是获得诸如淀粉的粘度改变、胶化
最大值、胶化温度、胶凝、保持过程中的粘度、冷却结束时的粘度等的数据的良好工具。对于
胶化程度，在过量水(特别是在67重量％下和67重量％以上)的存在下进行DSC测量。如果淀
粉/水混合物的水含量小于67％，则胶化温度将随着水含量的减小而增加。当可得的水有限
时，难以熔化淀粉晶体。当淀粉/水混合物的水含量达到67％时，无论将多少更多的水添加
至淀粉/水混合物中，胶化温度均保持恒定。胶化起始温度表示胶化的开始温度。胶化结束
温度表示胶化的结束温度。胶化焓表示在胶化过程中熔化的结晶结构的量。通过使用来自
淀粉DSC热谱图的焓，可指示胶化程度。

不同的淀粉具有不同的胶化起始温度、结束温度和胶化焓。因此，不同的淀粉可在
不同的温度下变成完全胶化。应了解，当在过量水中将淀粉加热至超过胶化的结束温度时，
淀粉完全胶化。另外，对于任何特定的淀粉，如果将淀粉加热至胶化的结束温度以下，则淀
粉将部分胶化。因此，当在过量水的存在下将淀粉加热至例如如DSC所测定的胶化结束温度
以下时，将发生部分和不完全胶化。当在过量水的存在下将淀粉加热至例如如DSC所测定的
胶化结束温度以上时，将发生完全胶化。可以以不同的方式(例如通过将淀粉加热至胶化结
束温度以下以形成部分胶化)调节胶化程度。例如，如果用于完全胶化淀粉的焓为4J/g，则
当DSC显示淀粉的胶化焓仅为2J/g时，这意味着50％的淀粉已胶化。当通过DSC测量时，完全
胶化的淀粉不具有DSC热谱图胶化峰(焓＝0J/g)。

如所述，胶化程度可为任何合适的量，如约50％或更大等。然而，更小的胶化程度
更接近于颗粒淀粉，并可能不会充分利用本发明的一些实施例的强度增强、更好(更完全)
的分散和/或水需求降低。因此，在一些实施例中，优选的是存在更高的胶化程度，例如至少
约60％，至少约70％，至少约80％，至少约90％，至少约95％，至少约97％，至少约99％或完
全(100％)胶化。可将具有更低胶化程度的淀粉添加至浆料，且另外的胶化(例如至100％)
在窑中发生。为了添加至浆料，对于“完全胶化的”，应了解淀粉在其胶化温度下或在其胶化
温度以上或其他温度充分热炼，以获得完全胶化，如可由DSC技术看出。尽管在冷却时可预
期小程度的倒退(retrogradation)，但淀粉仍然如本领域普通技术人员所认识的那样被理
解为“完全胶化的”以在一些实施例中添加至石膏浆料中。相比之下，为了本文所述的VMA法
的目的，在进行粘度测量时不接受这种倒退。

在一些实施例中，预胶化淀粉的中等范围粘度可为约20厘泊至约700厘泊，如约20
厘泊至约500厘泊或约30厘泊至约200厘泊。在本发明的实施例中，当在VMA法下测试时，预
胶化淀粉的粘度可为例如如以下表1A、1B和1C中所列。在表中，“X”表示“约[顶行中的对应
的值]至约[最左列中的对应的值]”的范围。所指出的值表示以厘泊计的预胶化淀粉的粘
度。为了易于表示，应了解每个值表示“约”所述值。例如，表1A中的第一个“X”为“约20厘泊
至约25厘泊”的范围。表的范围为起点和终点之间，并包括起点和终点。

表1A

表1B

表1C

因此，预胶化淀粉的粘度可具有表1A、1B或1C中所述的前述端点中的任意者之间
并包括所述任意者的范围。

根据本发明的实施例的具有中等范围粘度特性的预胶化淀粉令人惊讶地且出乎
意料地可以以相对低的量(基于固体/固体)包含于浆料中，并仍然获得板中明显的强度增
强。因此，在本发明的优选实施例中，具有中等范围粘度特性的预胶化淀粉以灰泥的约5重
量％或更少(例如约0.1重量％至约5重量％)或甚至更少，如灰泥的约3重量％或更少的量
包含于石膏浆料中。例如，可包含灰泥的约0.1重量％至约4重量％，约0.1重量％至约3重
量％，约0.1重量％至约2重量％，约0.1重量％至约1.5重量％等的量的预胶化淀粉。已发
现，在一些实施例中，将浆料中的中等范围粘度的淀粉的量增加超出这些范围不会有效改
进强度，因为当添加甚至更多的淀粉时强度水平可多少达到平稳。然而，如果需要，尤其是
在接受减小的强度返回时，可使用更高的淀粉量。例如但不优选地，在一些实施例中，可使
用大于灰泥的约5重量％，例如约0.1重量％至约10重量％的淀粉量。

在本发明的实施例中，预胶化淀粉的量可例如如以下表2A和2B中所列。在表中，
“X”表示“约[顶行中的对应的值]至约[最左列中的对应的值]”的范围。所指出的值表示作
为灰泥的重量百分比的淀粉量。为了易于表示，应了解每个值表示“约”所述值。例如，第一
个“X”为“灰泥的约0.1重量％的淀粉至灰泥的约0.25重量％的淀粉”。表的范围为起点和终
点之间，并包括起点和终点。

表2A

表2B

因此，预胶化淀粉的量可具有表2A或2B中所述的前述端点中的任意者之间并包括
所述任意者的范围。

根据本发明的实施例，具有所需中等范围粘度特性的预胶化淀粉可与其他淀粉组
合。例如，显示所需中等范围粘度特性的预胶化淀粉可与其他淀粉组合，以提高芯强度和
纸-芯结合，特别是如果接受水需求的一定增加的话。因此，在本发明的一些实施例中，石膏
浆料可包含具有中等范围粘度特性的一种或多种预胶化淀粉，以及一种或多种其他类型的
淀粉。其他淀粉可包括例如粘度为20厘泊以下和/或700厘泊以上的预胶化淀粉。一个例子
为预胶化玉米淀粉(例如具有超过700厘泊，如约773厘泊的粘度)。其他淀粉也可为例如非
预胶化淀粉(如酸改性的淀粉)以及未胶化的烷基化淀粉(例如乙基化淀粉)等的形式。淀粉
的组合可在添加至石膏浆料中之前预混(例如任选地与其他组分(如灰泥等)在干混合器中
或与其他湿润成分在湿混合器中)或者它们可每次一个地包含于石膏浆料中或它们的任意
变型。可包含任意合适比例的具有中等范围粘度特性的预胶化淀粉和其他淀粉。例如，具有
中等范围粘度特性的预胶化淀粉的淀粉含量(其为待添加至石膏浆料中的总淀粉含量的百
分比)可为例如至少约10重量％，如至少约20重量％，至少约30重量％，至少约40重量％，至
少约50重量％，至少约60重量％，至少约70重量％，至少约80重量％，至少约90重量％，至少
约95重量％，至少约99重量％，至少约100重量％或其间的任意范围。在示例性实施例中，具
有中等范围粘度特性的预胶化淀粉与其他淀粉的比例可为约25:75，约30:70，约35:65，约
50:50，约65:35，约70:30，约75:25等。

在一些实施例中，本发明包含具有冷水溶解度的预胶化淀粉。预胶化(其为使淀粉
为冷水可溶的过程)通常需要在过量的水中热炼淀粉。在某些情况中，不希望通过该方法制
备预胶化淀粉。挤出(其为加热和机械剪切的组合)为可用于制备低水分含量的预胶化淀粉
的一种能量有效的方法。淀粉的挤出可产生冷水可溶的经挤出的预胶化淀粉。冷水溶解度
定义为具有在室温下(约25℃)在水中的任意量的溶解度。据发现，显示在冷水中的溶解度
的淀粉可为石膏产品(例如墙板)的强度提供明显的益处。本发明的冷水可溶的淀粉具有大
于约30％的冷水溶解度，并且当将其添加至凝固石膏芯中时，其可增加石膏芯的强度。预胶
化淀粉在水中的溶解度定义为溶解于室温水中的淀粉的量除以淀粉总量，并可使用实例14
的方法测得。

在一些实施例中，预胶化淀粉的冷水溶解度为约30％至约75％。在其他实施例中，
经挤出的预胶化淀粉的冷水溶解度为约50％至约75％。在本发明的实施例中，经挤出的预
胶化淀粉的冷水溶解度可为例如如表2C中所列。在表中，“X”表示“约[顶行中的对应的值]
至约[最左列中的对应的值]”的范围。所指出的值表示经挤出的预胶化淀粉的冷水溶解度
(表2C)。为了易于表示，应了解每个值表示“约”所述值。例如，表2C中的第一个“X”为“约
30％至约35％”的范围。表的范围为起点和终点之间，并包括起点和终点。

表2C

尽管不希望受限于任何特定的理论，但据信在挤出过程中机械能和热能的组合是
淀粉的冷水溶解度的原因。据信当淀粉经历挤出时，淀粉分子之间的氢键被破坏。当经挤出
的淀粉溶解于水中时，淀粉与水分子形成氢键。在预胶化过程之后，经挤出的预胶化淀粉分
子与石膏晶体自由氢键结合，由此赋予石膏产品更高的强度。因此，由于显示在冷水中的溶
解度的淀粉改进了石膏墙板的强度，因此与常规淀粉相比需要更少的淀粉。

根据冷水粘度测定(CWVA)法(参见实例16)，本发明的水溶性的经挤出的预胶化淀
粉可具有任何合适的冷水粘度。在一些实施例中，冷水可溶的淀粉具有约20厘泊至约300厘
泊的粘度。具有本发明的粘度范围的预胶化淀粉需要更少的水，从而降低了对石膏浆料中
的水需求的影响。在本发明的实施例中，预胶化淀粉的粘度可为例如表2D中所列。在表中，
“X”表示“约[顶行中的对应的值]至约[最左列中的对应的值]”的范围。所指出的值表示预
胶化淀粉的粘度(表2D)。为了易于表示，应了解每个值表示“约”所述值。例如，表2D中的第
一个“X”为“约20厘泊至约40厘泊”的范围。表的范围为起点和终点之间，并包括起点和终
点。

表2D

在另一方面，本发明提供了一种制备具有冷水溶解度的经挤出的预胶化淀粉的方
法。经挤出的预胶化淀粉通过如下方式制得：混合至少水和淀粉以制备湿淀粉，将所述湿淀
粉挤出通过挤出机，并干燥淀粉。挤出机为通常用于熔化和加工聚合物的机器。本发明的淀
粉在挤出机(如Wenger TX 52双螺杆挤出机)中预胶化。通常，挤出机包括用以递送进料材
料的进料斗、包括用于调节聚合物与增塑剂(例如水)的加热夹套的预调节器、包括加热区
的挤出机模块头和冲模组件。冲模组件通常包括板、垫片和冲模头。对于本发明，将淀粉和
水预混并进料至挤出机。在一些实施例中，可将额外的水添加至挤出机。在挤出过程中，加
热元件和机械剪切的组合熔化并预胶化淀粉。在挤出之后，将预胶化淀粉干燥至足够的水
分含量，然后研磨成粉末。尽管挤出机的冲模可为任何足够的温度，但冲模温度通常超过淀
粉晶体的熔化温度。在本发明的实施例中，挤出机的温度可例如如表2E中所列。在表中，“X”
表示“约[顶行中的对应的值]至约[最左列中的对应的值]”的范围。所指出的值表示挤出机
温度(表2E)。为了易于表示，应了解每个值表示“约”所述值。例如，表2E中的第一个“X”为
“约90℃至约100℃”的范围。表的范围为起点和终点之间，并包括起点和终点。

表2E

在挤出过程中湿淀粉的水含量也是冷水溶解度的重要参数。湿淀粉可具有任意水
含量，但通常具有小于约25％的水含量。在一些实施例中，湿淀粉具有约12％至约25％的水
含量。据发现，当淀粉具有更低的水分含量时，挤出过程产生具有更大冷水溶解度的预胶化
淀粉。尽管不希望受限于任何特定理论，但据信存在更少的水导致在挤出过程中更大的摩
擦。增加的摩擦可增加淀粉中自氢键的破坏。使用水含量小于约25％的淀粉由挤出产生的
预胶化淀粉可具有大于约30％的冷水溶解度。在本发明的实施例中，湿淀粉的水含量可为
例如如表2F中所列。在表中，“X”表示“约[顶行中的对应的值]至约[最左列中的对应的值]”
的范围。所指出的值表示以灰泥重量计湿淀粉的水分含量(％)(表2F)。为了易于表示，应了
解每个值表示“约”所述值。例如，表2F中的第一个“X”为“约12％至约13％”的范围。表的范
围为起点和终点之间，并包括起点和终点。

表2F

在又一方面，本发明提供了一种制备包括芯的墙板的方法，所述芯包含具有冷水
溶解度的预胶化淀粉。混合水、灰泥和冷水溶解度大于约30％的至少一种预胶化淀粉，以形
成浆料。淀粉可以以任何合适的方式制得，如本文描述的那些。具有冷水溶解度的淀粉可以
以本文描述的量包含于灰泥浆料中。在一些实施例中，冷水可溶的淀粉以灰泥的约0.1重
量％至约5重量％的量包含于灰泥浆料中。本发明的预胶化淀粉可以以湿润或干燥形式添
加，但优选作为干燥粉末添加。冷水可溶的淀粉的粒度可为任意尺寸。在一些实施例中，粒
度为约100微米至约400微米。在本发明的实施例中，预胶化淀粉的粒度可为例如如表2G中
所列。在表中，“X”表示“约[顶行中的对应的值]至约[最左列中的对应的值]”的范围。所指
出的值表示预胶化淀粉的粒度(表2G)。为了易于表示，应了解每个值表示“约”所述值。例
如，表2G中的第一个“X”为“约100微米至约125微米”的范围。表的范围为起点和终点之间，
并包括起点和终点。

表2G

预胶化淀粉粉末可在制造灰泥浆料的过程中添加至干燥成分中。将浆料设置于第
一覆盖片材与第二覆盖片材之间，以形成作为面板前体的湿组件。浆料包含水、灰泥和至少
一种预胶化淀粉；所述淀粉具有大于约30％的冷水溶解度。切割面板以形成板。干燥所述
板。在干燥之后，可根据需要进行最终定尺寸(例如切割)和加工。根据一些实施例，淀粉可
在包括于浆料中之前被化学改性(以相对于预胶化步骤的任意顺序)。本发明的墙板包括凝
固石膏芯，所述凝固石膏芯具有比在无淀粉的情况下制得的凝固石膏芯更大的压缩强度。

除了淀粉组分之外，浆料配制为包含水、水泥、发泡剂(有时简称为“泡沫”)和所需
的其他添加剂。灰泥可为硫酸钙α半水合物、硫酸钙β半水合物和/或硫酸钙无水石膏的形
式。灰泥可为纤维的或非纤维的。可包含发泡剂，以在凝固石膏的连续结晶基质内形成气穴
分布。在一些实施例中，发泡剂包含主要重量部分的不稳定组分和次要重量部分的稳定组
分(例如，其中组合不稳定和稳定/不稳定的共混物)。不稳定组分与稳定组分的重量比有效
用于在凝固石膏芯内形成气穴分布。参见例如美国专利5,643,510、6,342,284和6,632,
550。已发现合适的空隙分布和壁厚(独立地)可有效用于提高强度，尤其是在低密度板(例
如约35pcf(561kg/m³)以下)中。参见例如US2007/0048490和US 2008/0090068。蒸发水空隙
(其通常具有直径为约5μm或更小的空隙)也贡献总空隙分布以及前述气(泡沫)穴。在一些
实施例中，孔隙尺寸大于约5微米的空隙与孔隙尺寸为约5微米或更小的空隙的体积比为约
0.5:1至约9:1，例如，约0.7:1至约9:1，约0.8:1至约9:1，约1.4:1至约9:1，约1.8:1至约9:
1，约2.3:1至约9:1，约0.7:1至约6:1，约1.4:1至约6:1，约1.8:1至约6:1，约0.7:1至约4:1，
约1.4:1至约4:1，约1.8:1至约4:1，约0.5:1至约2.3:1，约0.7:1至约2.3:1，约0.8:1至约
2.3:1，约1.4:1至约2.3:1，约1.8:1至约2.3:1等。在一些实施例中，发泡剂以例如小于灰泥
的约0.5重量％，如约0.01％至约0.5％，约0.01％至约0.4％，约0.01％至约0.3％，约
0.01％至约0.2％，约0.01％至约0.1％，约0.02％至约0.4％，约0.02％至约0.3％，约
0.02％至约0.2％等的量存在于浆料中。

诸如促进剂(例如湿石膏促进剂、耐热促进剂、气候稳定促进剂)和阻滞剂的添加
剂是公知的，并可包含。参见例如美国专利3,573,947和6,409,825。在包含促进剂和/或阻
滞剂的一些实施例中，促进剂和/或阻滞剂各自可以以如下的量(以固体计)在石膏浆料中：
灰泥的约0重量％至约10重量％(例如约0.1重量％至约10重量％)，例如灰泥的约0重量％
至约5重量％(例如约0.1重量％至约5重量％)。可包含所需的其他添加剂，例如以赋予强度
而使更低重量产品能够具有足够的强度、避免永久变形、促进生坯强度(例如当产品在沿着
生产线行进的传送带上凝固时)、促进耐火性、促进耐水性等。

例如，在一些实施例中，浆料可任选包含至少一种分散剂以提高流动性。如同淀粉
和其他成分，分散剂可以以与其他干燥成分一起的干燥形式和/或与其他液体成分一起的
液体形式包含于芯浆料中。分散剂的例子包括萘磺酸盐，如聚萘磺酸及其盐(聚萘磺酸盐)
和作为萘磺酸与甲醛的缩合产物的衍生物；以及聚羧酸酯分散剂，如聚羧酸醚，例如
PCE211、PCE111、1641、1641F或PCE 2641型分散剂，例如MELFLUX 2641F、MELFLUX 2651F、
MELFLUX 1641F、MELFLUX 2500L分散剂(BASF)和可得自高帝斯公司(Coatex,Inc)的COATEX
Ethacryl M；和/或木质素磺酸盐或磺化木质素。木质素磺酸盐为水溶性阴离子聚合电解质
聚合物，其为来自使用亚硫酸盐制浆法制备木浆的副产物。可用于实施本发明的实施例的
原理的木质素的一个例子为可得自芦苇木质素公司(Reed Lignin Inc.)的Marasperse C-
21。

通常优选更低分子量的分散剂。更低分子量的萘磺酸盐分散剂是有利的，因为相
比于更高粘度更高分子量的分散剂，更低分子量的萘磺酸盐分散剂有更低水需求的趋势。
因此，优选约3,000至约10,000(例如约8,000至约10,000)的分子量。作为另一例子，对于
PCE211型分散剂，在一些实施例中，分子量可为约20,000至约60,000，其显示比分子量为
60,000以上的分散剂更小的阻滞。

萘磺酸盐的一个例子为可得自GEO专业化学公司(GEO Specialty Chemicals)的
DILOFLO。DILOFLO为45％的萘磺酸盐水溶液，尽管例如在约35重量％至约55重量％固体含
量范围内的其他水溶液也是易得的。萘磺酸盐可以以干燥固体或粉末的形式使用，例如可
得自GEO专业化学公司(GEO Specialty Chemicals)的LOMAR D。另一示例性萘磺酸盐为可
得自汉普夏化学公司(Hampshire Chemical Corp)的DAXAD。

如果包含分散剂，则其可以以任何合适的(固体/固体)量包含，例如灰泥的约0.1
重量％至约5重量％，例如约0.1重量％至约4重量％，约0.1重量％至约3重量％，约0.2重
量％至约3重量％，约0.5重量％至约3重量％，约0.5重量％至约2.5重量％，约0.5重量％至
约2重量％，约0.5重量％至约1.5重量％等。

如果需要，浆料中也可任选包含一种或多种含磷酸盐的化合物。例如，可用于一些
实施例中的含磷酸盐的组分包括水溶性组分，并可为离子、盐或酸(即缩合磷酸)的形式，其
中的每一种包含两个或更多个磷酸单元；缩合磷酸盐的盐或离子，其中的每一种包含两个
或更多个磷酸盐单元；和正磷酸盐的单碱盐或一价离子，以及水溶性无环多磷酸盐。参见例
如美国专利6,342,284、6,632,550、6,815,049和6,822,033。

根据本发明的一些实施例的磷酸盐组合物可提高生坯强度、耐永久变形性(例如
松垂)、尺寸稳定性等。可使用三偏磷酸盐化合物，包括例如三偏磷酸钠、三偏磷酸钾、三偏
磷酸锂和三偏磷酸铵。优选三偏磷酸钠(STMP)，尽管其他磷酸盐可为合适的，包括例如四偏
磷酸钠、具有约6至约27个重复磷酸盐单元并具有分子式Na_n+2P_nO_3n+1的六偏磷酸钠(其中n＝
6-27)、具有分子式K₄P₂O₇的焦磷酸四钾、具有分子式Na₃K₂P₃O₁₀的三聚磷酸二钾三钠、具有分
子式Na₅P₃O₁₀的三聚磷酸钠、具有分子式Na₄P₂O₇的焦磷酸四钠、具有分子式Al(PO₃)₃的三偏
磷酸铝、具有分子式Na₂H₂P₂O₇的酸式焦磷酸钠、具有1000-3000个重复磷酸盐单元并具有分
子式(NH₄)_n+2P_nO_3n+1的多磷酸铵(其中n＝1000-3000)或具有2个或更多个重复磷酸单元并具
有分子式H_n+2P_nO_3n+1的多磷酸(其中n为2或更大)。

磷酸盐可以以干燥形式或在水中的形式(例如，约5％至约20％的磷酸盐溶液，如
约10％溶液)包含。如果包含磷酸盐，则其可以以任何合适的量(以固体/固体计)包含，如灰
泥的约0.01重量％至约0.5重量％，例如灰泥的约0.03重量％至约0.4重量％，约0.1重量％
至约0.3重量％或约0.12重量％至约0.4重量％。

也可任选包含用于耐火级和/或防水产品的合适的添加剂，包括例如硅氧烷(耐水
性)、纤维、散热添加剂(如氢氧化铝(ATH)、氢氧化镁等)，和/或高膨胀粒子(例如当在1560°
F(849℃)下加热约1小时时可膨胀至初始体积的约300％或更大)。参见例如共同待审的共
同受让的美国申请No.13/400,010(2012年2月17日提交)获得这些和其他成分的描述。在一
些实施例中，包含高膨胀蛭石，尽管可包含其他耐火材料。根据本发明的一些耐火级产品的
板可具有约17分钟或更大的隔热指数(TI)，例如约20分钟或更大，约30分钟或更大，约45分
钟或更大，约60分钟或更大等；和/或小于约10％的在x-y方向上的高温收缩(在约1560°F
(849℃)的温度下)和大于约20％的在z方向上的膨胀。耐火或耐水添加剂可以以取决于例
如耐火等级等的所需的任何合适的量包含。例如，如果包含耐火或耐水添加剂，则其可具有
灰泥的约0.5重量％至约10重量％，如灰泥的约1重量％至约10重量％，约1重量％至约8重
量％，约2重量％至约10重量％，约2重量％至约8重量％等的量。

如果包含硅氧烷，则其优选以乳状液的形式添加。然后在促进硅氧烷的聚合以形
成高度交联的硅树脂的条件下将浆料成形和干燥。可将促进硅氧烷的聚合以形成高度交联
的硅树脂的催化剂添加至石膏浆料。在一些实施例中，可使用以名称SILRES BS 94由瓦克
化学公司(德国慕尼黑)(Wacker-Chemie GmbH(Munich,Germany))销售的无溶剂甲基氢硅
氧烷流体作为硅氧烷。该产品为不含水或溶剂的硅氧烷流体。在一些实施例中，预期可使用
约0.3％至约1.0％的BS 94硅氧烷，以干燥成分的重量计。例如，在一些实施例中，优选使用
约0.4％至约0.8％的硅氧烷，以干灰泥重量计。

可使用任何合适的水/灰泥比(例如约0.4至约1.3)制备浆料制剂。然而，由于本发
明的具有中等范围粘度特性的预胶化淀粉相比于其他淀粉降低了添加至浆料以容纳淀粉
所需的水量，因此在一些实施例中，可使用比常规用于其他含淀粉石膏浆料的水/灰泥比输
入更低的水/灰泥比输入来配制浆料，尤其是在低重量/密度下。例如，在一些实施例中，水/
灰泥比可为约0.4至约1.1，约0.4至约0.9，约0.4至约0.85，约0.45至约0.85，约0.55至约
0.85，约0.55至约0.8，约0.6至约0.9，约0.6至约0.85，约0.6至约0.8等。

覆盖片材可由任何合适的材料和基重形成。有利地，在一些实施例中，由包含特征
在于中等范围粘度的预胶化淀粉的浆料形成的板芯在甚至具有更低基重的覆盖片材(例如
小于45lbs/MSF(219.7g/m²)(例如约33lbs/MSF(161g/m²)至45lbs/MSF(219.7g/m²))的板
中，甚至为更低重量的板(例如具有约35pcf(561kg/m³)或更低的密度)提供足够的强度。然
而如果需要，在一些实施例中，可使用更重的基重例如以进一步提高拔钉阻力或者提高处
理例如以促进最终使用者的合意的“感觉”特性。在一些实施例中，为了提高强度(例如拔钉
强度)，尤其是对于低密度板，覆盖片材中的一者或两者可由纸形成，并具有例如至少约
45lbs/MSF(220g/m²)(例如约45lbs/MSF(220g/m²)至约65lbs/MSF(317g/m²)，约45lbs/MSF
(220g/m²)至约60lbs/MSF(293g/m²)，约45lbs/MSF(220g/m²)至约55lbs/MSF(268g/m²)，约
50lbs/MSF(224g/m²)至约65lbs/MSF(317g/m²)，约50lbs/MSF(224g/m²)至约60lbs/MSF
(293g/m²)等)的基重。如果需要，在一些实施例中，一个覆盖片材(例如在安装时“表面”纸
侧)可具有前述更高的基重，例如以提高拔钉阻力和处理，而另一覆盖片材(例如在安装板
时的“背面”片材)如果需要的话可具有略微更低的基重(例如小于45lbs/MSF(220g/m²)，例
如约33lbs/MSF(161g/m²)至45lbs/MSF(220g/m²)，例如约33lbs/MSF(161g/m²)至约40lbs/
MSF(195g/m²)的基重)。

板重量随厚度而变化。由于板通常以不同的厚度制得，板密度在本文用作板重量
的量度。根据本发明的实施例的中等范围粘度淀粉的优点可由多种板密度看出，例如约
40pcf(641kg/m³)或更小，如约20pcf(320kg/m³)至约40pcf(641kg/m³)，约24pcf(384kg/m³)
至约37pcf(593kg/m³)等。然而，本发明的优选实施例在更低密度下具有特定用途，其中由
本发明的中等范围粘度淀粉提供的提高的强度有利地使得更低重量的板的使用成为可能，
所述板具有良好的强度和比由其他淀粉制得的板更低的水需求。例如，在一些实施例中，板
密度可为约20pcf(320kg/m³)至约35pcf(561kg/m³)，例如约24pcf(384kg/m³)至约35pcf
(561kg/m³)，约24pcf(384kg/m³)至约34pcf(545kg/m³)，约27pcf(432kg/m³)至约35pcf
(561kg/m³)，约27pcf(432kg/m³)至约34pcf(545kg/m³)，约30pcf(481kg/m³)至约34pcf
(545kg/m³)，约27pcf(432kg/m³)至约30pcf(481kg/m³)等。

本文的本发明的淀粉为根据本发明的产品提供强度增强，这在更低重量/密度下
可为尤其有利的。例如，在一些实施例中，根据本文描述的2英寸立方体测试(无泡沫)浇铸
的板芯或其他浆料优选显示至少约1650psi(11.38MPa)，例如至少约1700psi(11.72MPa)，
至少约1750psi(12.07MPa)，至少约1800psi(12.41MPa)，至少约1850psi(12.76MPa)，至少
约1900psi(13.1MPa)，至少约1950psi(13.44MPa)，至少约2000psi(13.79MPa)，至少约
2050psi(14.13MPa)，至少约2100psi(14.48MPa)，至少约2150psi(14.82MPa)，至少约
2200psi(15.17MPa)，至少约2250psi(15.51MPa)，至少约2300psi(15.86MPa)，至少约
2350psi(16.2MPa)等的压缩强度。

在一些实施例中，根据本发明的板满足根据ASTM标准C473-10(例如方法B)的测试
方案。例如，在一些实施例中，当板以1/2英寸(1.27cm)的厚度浇铸时，板具有至少约65lb
(29.5kg)的如根据ASTM C473测定的拔钉阻力(例如至少约68lb(30.8kg)，至少约70lb
(31.8kg)，至少约72lb(32.7kg)，至少约75lb(34kg)，至少约77lb(35kg)等)。对应于挠曲强
度，在一些实施例中，当以1/2英寸(1.27cm)的厚度的板浇铸时，板在纵向上具有至少约
36lb(16.3kg)(例如至少约38lb(17.2kg)，至少约40lb(18.1kg)等)的挠曲强度，和/或在横
向上具有至少约107lb(48.5kg)(例如至少约110lb(49.9kg)，至少约112lb(50.8kg)等)的
挠曲强度，如根据ASTM标准C473所测定。另外，在一些实施例中，板可具有至少约11磅(5kg)
的平均芯硬度，如根据ASTM C473所测定。至少部分由于本发明的实施例的中等范围粘度特
性，即使对于如本文所述的低密度板(例如约35pcf(561kg/m³)或更低)也可满足这些标准。

根据本发明的实施例的产品可在典型的生产线上制得。例如，板制造技术描述于
例如美国专利7,364,676和美国专利申请公布2010/0247937中。简言之，在石膏板的情况
中，过程通常涉及将覆盖片材排放至移动传送带上。在这种实施例中，由于石膏板通常“面
向下”形成，因此该覆盖片材为“表面”覆盖片材。

将石膏浆料的干燥和/或湿润组分进料至混合器(例如叶式混合器)，在混合器中
它们被搅拌而形成石膏浆料。混合器包括主体和排放导管(例如如本领域已知的闸门-罐-
罩(gate-canister-boot)装置或如美国专利No.6,494,609和No.6,874,930中描述的装
置)。在一些实施例中，排放导管可包括具有单个进料入口或多个进料入口的浆料分配器，
例如描述于美国专利申请公布2012/0168527 A1(申请No.13/341,016)和美国专利申请公
布2012/0170403 A1(申请No.13/341,209)中的那些。在那些实施例中，通过使用具有多个
进料入口的浆料分配器，排放导管可包括合适的分流器，如描述于美国专利申请公布2012/
0170403 A1中的那些。如果需要，可将发泡剂添加至混合器的排放导管中(例如，如例如美
国专利5,683,635和6,494,609中所述的闸门)或主体中。在已添加所有成分(包括发泡剂)
之后从排放导管排出的浆料为主要石膏浆料，并将形成板芯。将所述板芯浆料排放至移动
的表面覆盖片材上。

表面覆盖片材可承载浆料的相对致密的层的形式的薄面层。而且，如本领域已知，
硬边缘可例如由形成表面面层的相同浆料流形成。在将泡沫插入排放导管的实施例中，可
从混合器本体中移出第二石膏浆料流以形成致密面层浆料，所述致密面层浆料可随后用于
形成表面面层和硬边缘，如本领域已知。如果包含表面面层和硬边缘，则通常表面面层和硬
边缘通常在混合器的上游在沉积芯浆料之前沉积于移动的表面覆盖片材上。在从排放导管
中排出之后，芯浆料在必要时在表面覆盖片材(其任选具有面层)上铺展，并用第二覆盖片
材(通常为“背面”覆盖片材)覆盖，以形成作为最终产品的前体的夹层结构形式的湿组件。
第二覆盖片材可任选具有第二面层，如果存在的话，则所述第二面层可由与表面面层相同
或不同的第二(致密)石膏浆料形成。覆盖片材可由纸、纤维垫或其他类型的材料(例如箔、
塑料、玻璃垫、非织造材料(如纤维素和无机填料的共混物)等)形成。

将由此提供的湿组件传送至成型台和一个或多个刀片区域，在所述成型台处将产
品定尺寸为所需的厚度(例如经由成型板)，在所述一个或多个刀片区域处将产品切割至所
需长度。使湿组件硬化而形成凝固石膏的连锁结晶基质，并使用干燥过程(例如通过将组件
传输通过窑)去除过量的水。在石膏板制造中也通常使用振动，以从经沉积的浆料中消除大
的空隙或气穴。如上步骤中的每一个，以及用于进行这些步骤的过程和设备是本领域已知
的。

本发明的特征在于中等范围粘度的淀粉可用于配制各种产品，例如石膏墙板、吸
声(例如天花板)瓷砖、接合配混物、石膏-纤维素纤维产品(如石膏-木纤维墙板)等。在一些
实施例中，这种产品可由根据本发明的实施例的浆料形成。

这样，特征在于中等范围粘度的预胶化淀粉可在除了本发明的实施例中的纸面石
膏板之外的产品中具有有利效果，如本文所述。例如，特征在于具有中等范围粘度的预胶化
淀粉可在毡面产品(例如织造物)中使用，其中板覆盖片材为纤维垫的形式。垫可任选具有
罩面层(finish)以降低透水性。在制备这种毡面产品时可包含的其他成分以及用于纤维垫
的材料和制造方法描述于例如美国专利8,070,895以及美国专利申请公布2009/0247937
中。

另外，如需要，石膏-纤维素产品可为纤维素主体粒子(例如木纤维)、石膏、中等范
围粘度的预胶化淀粉和其他成分(例如耐水添加剂，如硅氧烷)的形式。其他成分和制造方
法描述于例如美国专利4,328,178、4,239,716、4,392,896、4,645,548、5,320,677、5,817,
262和7,413,603中。

本文的预胶化淀粉也可包含于接合配混物制剂中，包括干混和预拌实施例。本发
明的益处不限于包括煅烧石膏的实施例，因为根据一些实施例的中等范围粘度的预胶化淀
粉可具有与其他组分(例如非凝固组分，如碳酸钙等)的良好结合，并可与所述其他组分提
高强度。如本领域普通技术人员将了解，为了抑制一些预拌实施例中的过早凝固，凝固阻滞
剂也有利地包含于一些实施例中。例如，美国专利4,661,161、5,746,822和美国专利申请公
布2011/0100844描述了根据本发明可使用的凝固阻滞剂(例如磷酸盐，如焦磷酸四钠
(TSPP)、聚丙烯酸和/或其盐等)和其他成分(例如胶乳乳状液粘结剂、增稠剂、如本文所述
的磷酸盐等或它们的组合等)。制备和使用接合配混物的其他成分和方法描述于例如美国
专利6,406,537和6,805,741以及美国专利申请公布2008/0305252中。

本文的预胶化淀粉可用于各种类型的吸声面板(例如天花板瓷砖)。在一些实施例
中，淀粉可如所需与煅烧石膏、水和其他成分混合。然而，根据一些实施例的中等范围粘度
的预胶化淀粉不局限于与煅烧石膏使用。根据一些实施例的中等范围粘度的预胶化淀粉可
提供淀粉与非凝固组分(如纤维(例如矿物棉等))之间的良好结合。在一些实施例中，根据
ASTM C423-02，面板具有至少约0.5(例如至少约0.7或至少约1)的降噪系数。参见例如美国
专利1,769,519、6,443,258、7,364,015、7,851,057和7,862,687获得用于制备吸声瓷砖的
成分和方法的描述。

本发明的一些实施例可基本上不含经挤出的预胶化淀粉或中等范围粘度的预胶
化淀粉。如本文所用，“基本上不含”可意指(i)以组合物重量计0wt.％或(ii)不起作用的或
(iii)非实质性的量的这种淀粉。如本领域普通技术人员将了解，不起作用的量的例子为在
实现使用这种淀粉的预期目的的阈值量以下的量。如本领域普通技术人员将了解，非实质
量可为例如约5wt.％以下，如约2wt.％以下，约1wt.％以下，约0.5wt.％以下，约0.2wt.％
以下，约0.1wt.％以下或约0.01wt.％以下。然而，如果需要，在可选择的实施例中，这种成
分可包含于浆料、方法或产品中。

因此，在一个实施例中，板包括设置于两个覆盖片材之间的凝固石膏芯，所述芯由
包含灰泥、水和至少一种预胶化淀粉的浆料形成，其中当在淀粉在根据VMA法(参见实例1)
的条件下测量粘度时，所述淀粉具有粘度为约20厘泊至约700厘泊的特性。具有所述特性不
意味着淀粉在VMA测试条件下添加，而是意味着当淀粉经受VMA测试时满足所述特性。

在另一实施例中，在根据VMA法的条件下，淀粉的粘度特性为约25厘泊至约500厘
泊。

在另一实施例中，在根据VMA法的条件下，淀粉的粘度特性为约30厘泊至约300厘
泊。

在另一实施例中，在根据VMA法的条件下，淀粉的粘度特性为约30厘泊至约200厘
泊。

在另一实施例中，相比于不具有所述淀粉的凝固石膏芯，所述淀粉有效增加凝固
石膏芯的芯硬度。

在另一实施例中，所述淀粉要求用以将浆料流动性保持在与不使用所述淀粉的情
况相同的水平而添加至浆料中的所需的过量水的量的增加，所述增加小于根据VMA法粘度
大于700厘泊(例如773厘泊)的淀粉所需的过量水的量的增加。

在另一实施例中，淀粉具有灰泥的约0.1重量％至约10重量％的量。

在另一实施例中，淀粉具有灰泥的约0.3重量％至约4重量％的量。

在另一实施例中，淀粉具有灰泥的约0.5重量％至约3重量％的量。

在另一实施例中，淀粉为酸改性的淀粉。

在另一实施例中，酸改性的淀粉通过硫酸进行酸改性。

在另一实施例中，板芯的特征在于，当浆料根据2英寸立方体测试(不存在任何泡
沫)浇铸时，所述板芯具有至少约1900psi(13.1MPa)(例如至少约1950psi(13.45MPa)，至少
约2000psi(13.79MPa)，至少约2050psi(14.13MPa)，至少约2100psi(14.48MPa)，至少约
2150psi(14.82MPa)，至少约2200psi(15.17MPa)等)的压缩强度。

在另一实施例中，浆料具有约0.4至约1.3的水/灰泥比。

在另一实施例中，水/灰泥比为约0.45至约0.85。

在另一实施例中，水/灰泥比为约0.55至约0.8。

在另一实施例中，板具有约24pcf(384kg/m³)至约40pcf(641kg/m³)的密度。

在另一实施例中，板具有约24pcf(384kg/m³)至约37pcf(593kg/m³)的密度。

在另一实施例中，板具有约24pcf(384kg/m³)至约35pcf(561kg/m³)的密度。

在另一实施例中，板具有约27pcf(432kg/m³)至约34pcf(545kg/m³)的密度。

在另一实施例中，板具有约30pcf(481kg/m³)至约34pcf(545kg/m³)的密度。

在另一实施例中，浆料包含第二类型的淀粉，所述第二类型的淀粉为(a)未胶化
的、(b)根据VMA法具有20厘泊以下的粘度特性的预胶化淀粉或(c)根据VMA法具有700厘泊
以上的粘度的预胶化淀粉。

在另一实施例中，板具有包含烷基化淀粉的第二类型的淀粉。

在另一实施例中，板具有包含乙基化淀粉的第二类型的淀粉。

在另一实施例中，浆料还包含至少发泡剂，所述发泡剂包含主要重量部分的不稳
定组分和次要重量部分的稳定组分，发泡剂的量和不稳定组分与稳定组分的重量比有效用
以在凝固石膏芯内形成空隙分布。

在另一实施例中，发泡剂具有约0.1重量％或更少的量，以灰泥重量计。

在另一实施例中，浆料还包含至少一种分散剂。

在另一实施例中，分散剂为萘磺酸盐。

在另一实施例中，分散剂具有约0.1重量％至约3重量％的量，以灰泥重量计。

在另一实施例中，萘磺酸盐分散剂具有约0.1重量％至约3重量％的量，以灰泥重
量计。

在另一实施例中，浆料还包含多磷酸盐。

在另一实施例中，磷酸盐为三偏磷酸钠。

在另一实施例中，磷酸盐具有灰泥的约0.5重量％至约5重量％的量。

在另一实施例中，三偏磷酸钠具有灰泥的约0.12重量％至约0.4重量％的量。

在另一实施例中，磷酸盐为水溶性的，并以灰泥的约0.12重量％至约0.4重量％的
量存在。

在另一实施例中，至少一个覆盖片材具有至少约45lbs/MSF(219.7g/m²)的基重。

在另一实施例中，预胶化淀粉为含有淀粉的面粉。

在另一实施例中，预胶化淀粉为含有淀粉的面粉(例如玉米粉)，如含有面粉的至
少约75重量％的淀粉的面粉。

在另一实施例中，预胶化淀粉为部分预胶化的。

在另一实施例中，当板以约1/2英寸(1.27厘米)的厚度浇铸时，板具有至少约65磅
(29.5kg)的拔钉阻力，如根据ASTM标准C473-10所测定。

在另一实施例中，当板以约1/2英寸(1.27厘米)的厚度浇铸时，板具有至少约65磅
(29.5kg)的拔钉阻力和至少11lbs(5kg)的芯硬度，如根据ASTM标准C473-10所测定。

在另一实施例中，当板以约1/2英寸(1.27厘米)的厚度浇铸时，板具有至少约72磅
(32.7kg)的拔钉阻力，如根据ASTM标准C473-10所测定。

在另一实施例中，当板以约1/2英寸(1.27厘米)的厚度浇铸时，板具有至少约77磅
(34.9kg)的拔钉阻力，如根据ASTM标准C473-10所测定。

在另一实施例中，板具有至少约11lb(5kg)的芯硬度，如根据ASTM标准C473-10所
测定。

在另一实施例中，浆料包含水、灰泥和至少一种预胶化淀粉，其中当在淀粉经受根
据VMA法的条件的同时测量粘度时，所述淀粉具有约20厘泊至约700厘泊的粘度特性。

在另一实施例中，产品由浆料制得。

在另一实施例中，产品选自石膏墙板、吸声(例如天花板)瓷砖、接合配混物、石膏-
纤维素纤维产品(如石膏-木纤维墙板)等。

在另一实施例中，接合配混物包含碳酸钙和至少一种预胶化淀粉，其中所述淀粉
具有约20厘泊至约700厘泊的粘度，且其中所述粘度根据VMA方法测得。

在一些实施例中，所述接合配混物还包含煅烧石膏、水和/或凝固阻滞剂。

在另一实施例中，吸声面板包括吸声部件，所述吸声部件包括纤维和至少一种预
胶化淀粉，其中所述淀粉具有约20厘泊至约700厘泊的粘度，其中所述粘度根据VMA方法测
得，且其中所述面板根据ASTM C 423-02具有至少约0.5的降噪系数。

在一些实施例中，所述纤维包括矿物棉。

在另一实施例中，制备板的方法包括(a)混合至少水、灰泥和至少一种预胶化淀粉
以形成浆料，其中当所述淀粉在根据VMA法的条件下测量粘度时，所述淀粉具有约20厘泊至
约700厘泊的粘度特性；(b)将所述浆料设置于第一覆盖片材与第二覆盖片材之间，以形成
湿组件；(c)将所述湿组件切割成板；和(d)干燥所述板。

在一些实施例中，所述方法包括添加一定量的水以将浆料流动性保持在与不使用
所述淀粉的情况相同的水平，其中添加的水量与当在其他方面相同的浆料中使用粘度超过
700厘泊的预胶化淀粉时所需的水量相比更小。

在另一实施例中，预胶化淀粉在添加至浆料中时为部分胶化的，另外的胶化在干
燥步骤中发生。

在另一实施例中，预胶化淀粉在干燥步骤中变得完全胶化。

在另一实施例中，预胶化淀粉在添加至浆料中时或在配制产品时为完全胶化的。

在另一实施例中，制备板的方法还包括在将淀粉添加至浆料中或配制产品之前，
在淀粉的胶化温度下或在淀粉的胶化温度以上的温度下(至少约90℃，如约95℃)胶化淀粉
达至少10分钟。

在另一实施例中，在将淀粉包含于石膏浆料中或配制产品之前，将淀粉加压热炼
(例如经由在约100℃以上的温度下过度加热)以实现淀粉的胶化。

在另一实施例中，需要干燥的添加水的量小于当在其他方面相同的浆料或用于配
制产品的其他介质中使用粘度超过700厘泊的预胶化淀粉时所干燥的水量。

在一些实施例中，板包括设置于两个覆盖片材之间的凝固石膏芯，所述芯由包含
灰泥、水和至少一种预胶化淀粉的浆料形成，所述淀粉具有大于约30％的冷水溶解度，所述
凝固石膏芯具有比使用冷水溶解度小于约30％的淀粉制得的凝固石膏芯更大的压缩强度。

在另一实施例中，芯具有比不使用淀粉所制得的芯更大的压缩强度。

在另一实施例中，淀粉具有约30％至约75％的冷水溶解度。

在另一实施例中，淀粉具有约50％至约75％的冷水溶解度。

在另一实施例中，淀粉具有约20厘泊至约300厘泊的粘度。

在另一实施例中，淀粉具有约100微米至约400微米的粒度。

在另一实施例中，淀粉具有约0.1重量％至约5重量％的量，以灰泥重量计。

在另一实施例中，淀粉具有约0.1重量％至约3重量％的量，以灰泥重量计。

在另一实施例中，浆料还包含三偏磷酸钠。

在另一实施例中，浆料还包含萘磺酸盐分散剂。

在另一实施例中，板具有约24pcf(384kg/m³)至约35pcf(561kg/m³)的密度。

在一些实施例中，制备板的方法包括(a)混合至少水、灰泥和至少一种预胶化淀
粉，以形成浆料，(b)将所述浆料设置于第一覆盖片材与第二覆盖片材之间，以形成湿组件，
(c)将所述湿组件切割成板，和(d)干燥所述板；所述淀粉具有大于约30％的冷水溶解度，所
述凝固石膏芯具有比使用冷水溶解度小于约30％的淀粉制得的凝固石膏芯更大的压缩强
度。

在一些实施例中，制备预胶化淀粉的方法包括(a)混合至少水和非预胶化淀粉以
制备湿淀粉，(b)将所述湿淀粉设置于具有在约90℃或更大的温度下的冲模的挤出机中，以
及(c)干燥所述淀粉，所述预胶化淀粉具有大于约30％的冷水溶解度。

在另一实施例中，挤出机冲模在约150℃或更大的温度下。

在另一实施例中，湿淀粉具有小于淀粉的约25重量％的水含量。

在一些实施例中，浆料包含水、灰泥和至少一种预胶化淀粉；所述淀粉具有大于约
30％的冷水溶解度。

在另一实施例中，浆料具有大于约6英寸(15.24cm)的坍落(slump)。

应注意前述仅为实施例的例子。根据整个本说明书，其他示例性实施例是显而易
见的。本领域普通技术人员也将了解，这些实施例中的每一个可以以与本文提供的其他实
施例的各种组合使用。

如下实例进一步说明了本发明，但是当然不应解释为以任何方式限制本发明的范
围。

实例1-粘度测量方法

该实例描述了本文称为“VMA法”的粘度测量测试方法。当在本文指代粘度时，除非
另外指出，否则其是根据VMA法的。使用具有同心圆筒、具有叶片几何形状(直径为28mm，长
度为42.05mm)的标准杯(直径为30mm)的Discovery HR-2 Hybrid Rheometer(TA仪器公司
(TA Instruments Ltd))测量粘度。

当获得淀粉时，使用差示扫描量热法(DSC)技术确定淀粉是否完全胶化。应注意，
即使淀粉制造者认定淀粉为“完全胶化的”，也应该使用DSC步骤以确保淀粉为完全胶化的，
例如以确定不发生倒退。取决于完全胶化淀粉所需的温度(如本领域普通技术人员所理解，
其也可通过DSC测定)，采用两个工序中的一个。

当DSC显示淀粉完全胶化或具有90℃或低于90℃的胶化温度时，使用工序1。当胶
化温度在90℃以上时，使用工序2。由于在淀粉在水中时测量粘度，因此工序2使用在密封容
器中加压热炼以过度加热至100℃以上的温度，而不使水明显蒸发。工序1保留用于已经完
全胶化的淀粉或胶化温度高达90℃的淀粉，因为如下所述，胶化在流变仪中发生，所述流变
仪为开放系统，并且无法产生用于胶化的加压条件。因此，具有更高胶化温度的淀粉遵循工
序2。在任一方式中，当测量粘度时，将淀粉(7.5g，以干重计)添加至水中，获得50g的总重
量。

在工序1中，将淀粉分散于水中(淀粉和水的总重量的15％的淀粉)，并将样品立即
转移至圆筒单元中。使用铝箔覆盖所述单元。在200s^-1的剪切速率下，以5℃/min将样品由25
℃加热至90℃。样品在200s^-1的剪切速率下在90℃下保持10min。在200s^-1的剪切速率下，以
5℃/min将样品由90℃冷却至80℃。样品在0s^-1的剪切速率下在80℃下保持10min。样品的粘
度在80℃下在100s^-1的剪切速率下测量2min。粘度为从30秒至60秒的测量的平均值。

工序2用于胶化温度大于90℃的淀粉。淀粉根据淀粉工业中公知的方法(例如通过
加压热炼)进行胶化。将胶化淀粉水溶液(总重量的15％)立即转移至流变仪量杯中，并在80
℃下平衡10分钟。样品的粘度在80℃下在100s^-1的剪切速率下测量2分钟。粘度为从30秒至
60秒的测量的平均值。

实例2-不同状态下的淀粉的粘度

该实例示出了不同状态下的淀粉(在水溶液中15％)的粘度。所测试的代表性淀粉
为羟乙基玉米淀粉(可得自ADM的Clineo 706)。参见图1，X轴反映时间，而Y轴叠置了转矩和
温度。示图表明了粘度如何随着淀粉热炼并最终胶化而改变。转矩测量旋转转子的力，因此
为粘度的量度。转矩为布氏单位。

本领域普通技术人员将易于确认布氏单位。例如，简言之，可使用C.W.Brabender
粘度仪，例如使用用于动态测量的反作用转矩的Viscograph-E。Viscograph-E可购自新泽
西州哈肯萨克的C.W.布拉本达仪器公司(C.W.Brabender Instruments,Inc.,Hackensack,
NJ)。应注意，如本文所限定，使用16fl.oz(≈500cc)的样品杯尺寸和75RPM下的700cmg盒测
量布氏单位。本领域普通技术人员也将易于认识到，布氏单位可转换为其他粘度量度，如厘
泊(例如当测量盒为700cmg时，cP＝BU X 2.1)或克雷布斯单位，如本文所述。

转矩(粘度)和温度曲线分别在图1中标记。对于温度，将目标温度和实际温度彼此
叠置，但不存在明显差异。

如由图1的粘度图可以看出，颗粒(原淀粉的物理结构)指定为在低温下的“冷”和
80℃以上的“热”。在低温下，在胶化之前，粘度不明显改变。随着颗粒被加热，其将吸收水并
溶胀。在转矩曲线的峰值处开始，颗粒足够热且溶胀，使得颗粒结构开始破裂并分离成松散
的分子。随着颗粒结构破坏，粘度减小，直至淀粉完全胶化，如曲线的波谷处所示。随着曲线
在波谷处水平，溶液冷却。作为结果，当胶化分子开始再缔合且粘度开始再次增加时，倒退
发生。

实例3-立方体制剂和压缩强度测试

该实例描述了使用2英寸(5.08厘米)立方体的立方体压缩测试。在一些实施例中，
立方体压缩测试测量其中淀粉及其量可如本文所述变化的石膏制剂。除非另外指出，制剂
由凝固的石膏浆料形成，所述石膏浆料具有1.0的水/灰泥比输入和设定为灰泥的2重量％
的淀粉量。

对于要求在实验室胶化的淀粉(例如以下指出的全Clinton系列、Clineo系列、
S23F、LC211)：将淀粉分散于水中，并在连续搅拌下加热至沸腾达10min。然后将淀粉溶液冷
却至78°F(25.6℃)，并转移至Waring搅拌机的混合杯中。将三偏磷酸钠(“STMP”)10％溶液、
分散剂和阻滞剂称量至淀粉溶液中，并混合。称量灰泥和HRA，并混合为干混物。将灰泥和
HRA的干混物倒入淀粉溶液中，浸泡10秒，并在高速下混合10秒。将2英寸(5.08厘米)立方体
的模具填充至略高于模具顶部的点。一旦灰浆凝固就刮掉过量物。在立方体硬化之后，从模
具中移出立方体。立方体在110°F(43.3℃)下干燥48小时。

对于水溶性淀粉(例如以下指出的经挤出的羟丙基豌豆淀粉、Maltrin M040、
Maltrin M100)：将淀粉溶解于室温水中。遵循用于要求在实验室胶化的淀粉相同的工序，
不同的是跳过加热和冷却步骤。作为一种选择，可溶性淀粉可在与灰泥和耐热促进剂的干
混物中制备，然后与液体成分(水、STMP、分散剂和阻滞剂)混合。

对于颗粒淀粉：将淀粉称重至干混物(灰泥和HRA)中。将水、三偏磷酸钠10％溶液、
分散剂和阻滞剂称量至混合杯中。将干混物倒入水中，浸泡10秒，在高速下混合10秒，并将
浆料立即倒入模具中。一旦湿立方体硬化，就用铝箔包裹湿立方体。经包裹的立方体在190°
F(87.8℃)下加热90min。打开立方体，并在110°F(43.3℃)下干燥48小时。

用于形成立方体的石膏浆料的制剂在以下表3中描述。

表3具有2％淀粉，1.0WSR的石膏浆料制剂

将经干燥的立方体从烘箱中移出，并在室温下冷却1小时。使用MTS系统(#SATEC
型)测量压缩强度。连续施加载荷且无0.04英寸/min(1.02mm/min)速度下的冲击(15至
40psi/s(103.4至275.8kPa/s)的恒定速率)。

通过将淀粉溶解于室温水中，使用经挤出的羟丙基豌豆淀粉(K720
(罗盖特公司(Roquette))制备立方体，其中立方体具有2106psi(14.52MPa)的强度。通过制
备淀粉与灰泥和耐热促进剂的干混物，然后将所述干混物与液体成分(水、STMP、分散剂和
阻滞剂)混合，从而使用经挤出的羟丙基豌豆淀粉(K720(罗盖特公司
(Roquette))制备立方体，其中所述立方体具有2084psi(14.37MPa)的强度。

实例4-将胶化淀粉添加至灰泥浆料中对强度的影响

该实例比较了将颗粒淀粉(即非胶化)添加至灰泥浆料以及将胶化淀粉添加至灰
泥浆料中对各自的石膏制剂的压缩强度的影响。将每个淀粉置于石膏浆料中，以用于如实
例3所述的立方体测试。

另外的淀粉示于表4中。淀粉中的一种未经酸改性，而其他如以下表4中所述。

表4：淀粉状态(颗粒或预胶化)对强度的影响

该实例显示了根据本发明的实施例在石膏浆料中使用预胶化淀粉输入而不是颗
粒淀粉而获得的提高的强度。由于颗粒淀粉的极低粘度，颗粒形式为灰泥浆料提供良好的
流动性。然而，颗粒形式不赋予一样好的强度。因此，预胶化形式是所需的。

实例5-胶化淀粉的粘度和压缩强度

该实例显示了表示如根据VMA法所测得的一系列粘度的不同的胶化淀粉。根据实
例3中所述的制剂和立方体测试，评价对淀粉中的每一个的石膏制剂中的压缩强度的影响。
显示胶化淀粉的粘度和由包含淀粉的浆料形成的石膏立方体的压缩强度的结果在以下表5
中描述。

表5：胶化淀粉的粘度和强度

淀粉中的一些以已经胶化的形式商业供应，那些淀粉在表5中标记为“在制造过程
中”胶化。其他淀粉在无胶化的情况下供应，但随后在实验室中胶化，如表5中标记为“在实
验室”。另外，淀粉中的一些被化学改性以获得所述的指示粘度。相对于经挤出的羟丙基豌
豆淀粉，尽管不希望受限于任何特定的理论，但低粘度可能是由于由高压高剪切挤出而导
致的淀粉水解以及羟丙基化和高直链淀粉含量(35％)。每个所指出的粘度是在淀粉胶化之
后。

该实例表明了根据本发明的实施例在胶接(例如石膏)浆料中包含如本文所述的
具有中等范围粘度的胶化淀粉的有利性。中等范围粘度淀粉提供良好的流动性，如淀粉粘
度所反映，同时也获得了所需的强度性质。良好的流动性产生石膏浆料中更低的水需求。通
过在石膏浆料中包含更少的水，在制造过程中必须干燥更少的过量水，从而产生提高的过
程效率和更低的制造成本。

实例6-乙基化淀粉的胶化和粘度

该实例比较了在胶化之后显示一系列粘度的乙基化淀粉。根据实例3中所述的制
剂和立方体测试，也评价了将颗粒(未胶化淀粉)和胶化淀粉分别添加至灰泥浆料中对石膏
制剂的强度的影响。显示胶化淀粉的粘度和由包含淀粉的浆料形成的石膏立方体的压缩强
度的结果在以下表6中描述。每个所指出的粘度为在淀粉胶化之后，但将颗粒淀粉(未胶化
淀粉)添加至灰泥浆料中的强度也包括于数据中。

表6：乙基化淀粉的粘度和强度

尽管不希望受限于任何特定理论，但乙基化降低了淀粉的胶化温度。这些乙基化
淀粉可部分水解至适当的粘度。

该实例显示，根据本发明的实施例，当如本文所述的在胶化之后具有中等范围粘
度的这些乙基化淀粉包含于石膏制剂中时，这些乙基化淀粉提供了所需的流动性和强度。

实例7-淀粉量的变化对强度

该实例比较了在一系列的待放入石膏浆料中的淀粉量中，胶化淀粉对石膏制剂的
强度的影响。使用实例3中所述的制剂和立方体测试，不同的是淀粉的量变化。结果在表7中
描述。

表7：强度(PSI)相对于石膏制剂中的淀粉含量(灰泥的重量％)

该实例表明，根据本发明的实施例，即使是相对低的量的胶化淀粉也提供了石膏
制剂中所需的强度性质。

实例8-石膏浆料的流动性

该实例显示了各种胶化淀粉对石膏浆料的流动性的影响。根据实例3将每种淀粉
放入石膏制剂中，不同的是水/灰泥比和淀粉量变化。使用坍落测试如下测量流动性。通过
将浆料倒入4”高(10.2cm)的2英寸(5.08cm)直径的圆筒(在每一端开放，且竖着置于平坦平
滑表面上)中，并刮平浆料的顶部，测量坍落。这为每次测试提供固定体积的浆料。然后立即
提升圆筒，浆料冲出圆筒的开放底端。所述饼的直径以厘米测得并记录。更流动的浆料通常
产生更大直径的饼。结果在表8中描述。

表8：强度(PSI)相对于石膏制剂中的淀粉含量(灰泥的重量％)

该实例表明了根据本发明的实施例的石膏制剂的提高的流动性和更低的水需求。

实例9-干燥状态下的预胶化玉米粉的酸改性

该实例表明了预胶化玉米粉通过干燥状态酸改性的粘度降低。将预胶化玉米粉
(125g，邦基研磨公司(Bunge Milling))称量至Hobart混合器的混合碗中。在以速度2混合
的同时，用1M硫酸(6.2至18g)喷射玉米粉的顶部。将样品混合另外10min。将样品转移至具
有盖子的塑料瓶，然后在80℃下加热3h。添加等摩尔的氢氧化钙，样品混合2min。样品在室
温下干燥过夜。

根据如实例1所述的VMA法测量酸改性的预胶化玉米粉的粘度。数据示于表9中。

表9

实例10-石膏浆料制剂、立方体压缩强度和浆料坍落测试

该实例描述了使用淀粉的立方体压缩强度和坍落，所述淀粉已通过使用不同量的
酸而酸改性。所用的石膏浆料制剂示于表3中。水灰泥比(WSR)为1.0。根据实例3的方法制备
样品石膏立方体。遵循如实例8所述的坍落测试。压缩强度测试和坍落测试的结果示于表10
中。

表10

该实例表明，将预胶化玉米粉的粘度降低至中等范围不仅总体增加了石膏浆料的
流动性，还总体增加了压缩强度。实例9和10的组合表明了淀粉粘度与浆料流动性的反比关
系。

实例11-在0.25N的硫酸溶液中预胶化玉米粉的酸改性

该实例描述了使用淀粉的立方体压缩强度和坍落，所述淀粉已通过使用不同的暴
露于酸的时间而酸改性。在混合的同时将预胶化玉米粉(31g)称重至含有水(200g)的
Warren搅拌机中。将淀粉溶液转移至烧瓶中。用水(77g)冲洗搅拌机，将水转移至烧瓶。在搅
拌的同时将浓硫酸(1.94ml，95-98％)添加至淀粉溶液中。溶液在70℃下温育60至100min。
然后将等摩尔的氢氧化钙(2.58g)添加至淀粉溶液中，并搅拌10min。所用的石膏浆料制剂
示于表3中。根据实例3的方法制备样品石膏立方体。遵循如实例8所述的坍落测试。压缩强
度测试和坍落测试的结果示于表11中。

表11

该实例显示在硫酸溶液中预胶化玉米粉的酸改性可改进流动性和强度。

实例12-在不同水灰泥比(WSR)下的石膏浆料的流动性

该实例表明了通过预胶化玉米粉的酸改性对石膏浆料的流动性的影响。如实例8
所述使用坍落测试测量流动性。所用的石膏浆料制剂示于表3中，不同的是根据WSR调节水
量。坍落测试结果示于表12中。

表12

该实例表明，酸改性的预胶化玉米粉甚至在水降低15％之后也可保持石膏浆料的
流动性。

实例13-立方体制剂和压缩强度测试

该实例描述了包含实验室热炼的酸改性淀粉的立方体的立方体压缩强度测试。制
剂由石膏浆料形成，所述石膏浆料对于对照物预胶化玉米淀粉具有1.0的水/灰泥比，对于
实验室热炼的酸改性的玉米淀粉(Clinton 277)具有0.9的水/灰泥比，且淀粉量设定为灰
泥的2重量％。用于对照物和实验室热炼的酸改性的玉米淀粉的制剂公开于表13中。通过以
各种速率添加泡沫，将立方体的密度设定为25至45磅立方英尺(400kg/m³至721kg/m³)之间。

对于对照实验，将预胶化玉米淀粉称重至包含灰泥和HRA的干混物中。将水、三偏
磷酸钠10％溶液、分散剂和阻滞剂称量至Hobart混合器的混合碗中。将干混物倒入Hobart
混合器的混合碗中，浸泡15秒，并以速度II混合30秒。对于泡沫制剂，形成PFM 33皂的0.5％
溶液，然后与空气混合以制备空气泡沫。使用泡沫发生器将空气泡沫添加至浆料中。泡沫发
生器以足以获得所需板密度的速率运行。在泡沫添加之后，立即倾倒浆料至略高于模具顶
部的点。一旦灰浆凝固就刮掉过量物。模具已用脱模剂(DW40)喷雾。

为了制备实验室热炼的酸改性的玉米淀粉(Clinton 277)，将酸改性的玉米淀粉
分散于水中，并在连续搅拌下加热至沸腾达10min。然后将淀粉溶液冷却至78°F(25℃)，并
转移至Hobart混合器的混合碗中。将三偏磷酸钠10％溶液、分散剂和阻滞剂添加至Hobart
混合器的混合碗中并混合。将灰泥和HRA的干混物倒入淀粉溶液中，浸泡15秒，并在速度II
下混合30秒。对于泡沫制剂，形成PFM 33皂的0.5％溶液，然后与空气混合以制备空气泡沫。
使用泡沫发生器将空气泡沫添加至浆料中。泡沫发生器以足以获得所需板密度的速率运
行。在泡沫添加之后，立即倾倒浆料至略高于模具顶部的点。一旦灰浆凝固就刮掉过量物。
模具已用脱模剂(DW40)喷雾。

在立方体硬化之后，将立方体从模具中移出，然后在110°F(43℃)下干燥48小时。
在从烘箱中移出之后，使立方体在室温下冷却1小时。使用MTS系统(#SATEC型)测量压缩强
度。连续施加载荷且无0.04英寸/min(1.02mm/min)速度下的冲击(15至40psi/s(103.4至
275.8kPa/s)的恒定速率)。

表13

两个淀粉类型的迹线示于图2中，其中密度沿着水平轴线作图，强度沿着竖直轴线
作图。图2显示，相比于WSR为1.0的预胶化玉米淀粉，WSR为0.9的实验室煮沸的酸改性的玉
米淀粉(Clinton 277)提供具有更高压缩强度的立方体。对于25lb/ft³至40lb/ft³(400kg/
m³至721kg/m³)的立方体密度，观察到所述增加的强度。该实例显示，包含实验室煮沸的酸改
性的玉米淀粉(Clinton 277)的组合物在低密度下具有更高的压缩强度，并需要更少的水。

实例14-冷水可溶的预胶化淀粉和压缩强度

该实例描述了使用中试规模挤出形成冷水可溶的预胶化淀粉(Clinton 277)的方
法，以及包含经挤出的预胶化淀粉的立方体的压缩强度。

因此，Clinton 277酸改性淀粉(9％水分含量，100kg)和水(4.4kg)在圆筒中混合。
将酸改性淀粉混合物添加至Wenger TX 52双螺杆挤出机中。将另外的水(8.1kg)添加至挤
出机中。挤出机桶中的总水分含量为20％。挤出机条件在以下表15中描述。预胶化淀粉作为
相对干燥的膨胀材料从挤出机中移出。干燥淀粉，直至其具有约10％的水分含量，然后研磨
成粉末。当用于制备石膏产品时，可在制造过程中将干燥粉末添加至干燥成分中。

表14

预胶化淀粉的冷水溶解度通过如下方法测量。通过在搅拌下将水(80mL，室温(25
℃))和干燥淀粉(4.000g)添加至烧杯而形成湿淀粉。湿淀粉搅拌20min，然后转移至100mL
量筒中。添加水直至100mL线，然后倒转量筒三次以混合浆料。使湿淀粉在室温下放置
30min。将上清液(10g)从浆料顶部转移至去皮重的盘中。在将盘加热过夜(43℃)之后，称量
剩余固体。淀粉的溶解度(％)在以下等式中描述。

溶解度(％)＝溶解固体的重量/(0.4 x 100)

根据实例13的工序，使用冷水可溶的经挤出的预胶化淀粉制备立方体。立方体具
有54lb/ft³(865kg/m³)的密度。经挤出的淀粉(Clinton 277)的冷水溶解度显示对立方体强
度的明显影响(表15)。颗粒淀粉不可溶于水中，并产生压缩强度为1561psi(10.76MPa)的立
方体。然而，通过挤出制得的预胶化淀粉可溶于水中，并产生具有更大强度的立方体。立方
体的压缩强度随着淀粉的冷水溶解度的增加而增加。另外，起始于具有更低水分含量(约
10％)的淀粉产生更大的水溶解度(直至71％)，并产生具有更大压缩强度(1844psi
(12.71MPa))的立方体。

表15

根据实例13的工序，使用冷水可溶的酸改性的预胶化淀粉和预胶化玉米淀粉制备
立方体。立方体具有29lb/ft³(465kg/m³)的密度。相比于常规淀粉，经挤出的淀粉赋予更大
的立方体强度(表16)。含有经挤出的Clinton 277的石膏泡沫浆料的流动性增加26％，含有
经挤出的淀粉的泡沫立方体的压缩强度增加19％。

表16

实例15-冷水可溶的预胶化淀粉的小型制备

该实例示出了在各种条件下通过实验室规模挤出制得的预胶化酸改性淀粉
(Clinton 277)的冷水溶解度。

因此，使用实验室规模挤出机(Micro 18，Leistritz MIC)使酸改性淀粉经受挤
出。混合淀粉和用于指定水分含量的所需的水，在塑料袋中密封，并平衡过夜。在过夜平衡
之后，将湿淀粉进料至挤出机中。检查挤出机温度、淀粉的水分含量(在胶化之前)、冲模开
口尺寸和磷酸三钙的量对25℃下的溶解度的影响(参见表17)。在小规模下，添加剂(磷酸三
钙)不影响淀粉溶解度。增加材料流动性的因素(如高水分含量和大冲模开口)与淀粉溶解
度负相关。据发现，大规模测试可能需要更低的水分含量和更高的挤出温度(参见实例14)。

表17

实例16-冷水粘度试验方法

该实例描述了本文称为“CWVA法”的冷水粘度测量试验方法。当在本文指代冷水粘
度时，除非另外指出，否则其是根据CWVA法的。

将干燥淀粉(40g)称量至水(25℃)中，以获得400g的总重量，并同时在500RPM下搅
拌10min。使用具有同心圆筒，和具有叶片几何形状(直径为28mm，长度为42.05mm)的标准杯
(直径为30mm)的Discovery HR-2 Hybrid Rheometer(TA仪器公司(TA Instruments Ltd))
测量粘度。将50g溶液转移至圆筒单元中。样品的粘度在25℃下在100s^-1的剪切速率下测量
1min。

在描述本发明的上下文(特别是在权利要求书的上下文)中术语“一种”和“所述”
和“至少一种”和类似的指示的使用应解释为涵盖单数和复数，除非本文另外指出或上下文
明确矛盾。除非在本文另外指出或上下文明确否认，否则术语“至少一种”和之后的一种或
多种项目的列表(例如“A和B中的至少一种”)的使用应解释为意指选自所列项目的一个项
目(A或B)或所列项目中的两种或更多种的任意组合(A和B)。除非另外指出，术语“包含”、
“具有”、“包括”和“含有”应解释为开放式术语(即意指“包括但不限于”)。本文数值范围的
列举仅旨在用作单独提及落入该范围内的每个分立的值的速记方法，除非本文另外指出，
且每个分立的值引入说明书中，就像其在本文单独列举一样。本文所述的所有方法可以任
何合适的顺序进行，除非本文另外指出或上下文明确矛盾。本文提供的任何和所有实例或
示例性语言(例如“如”)的使用仅旨在更好地说明本发明，而不对本发明的范围进行限制，
除非另外声明。本发明的语言不应理解为表示对于本发明的实施为必要的任何非声称的元
素。

本发明的优选实施例在本文描述，包括本发明人已知的对于进行本发明最好的方
式。在阅读前述说明书后，那些优选实施例的变化对于本领域普通技术人员是显而易见的。
本发明人预期本领域技术人员在适当时采用这种变化，且本发明人希望以不同于本文所特
别描述那样实施本发明。因此，本发明包括由应用法律所允许的所附权利要求列举的主题
的所有改变和等同。此外，本发明涵盖在其所有可能的变化中的上述元素的任何组合，除非
本文另外指出或上下文明确矛盾。