(57)【要約】  無機／有機複合材は、石膏結晶などの無機相、および膜形成有機相を含む。膜形成有機相は、置換澱粉が混合中は水に不溶であるが、複合材を成形、凝固または乾燥中は比較的高い処理温度において溶解するような重合度、置換度および粘度を有する置換澱粉類から選択される。従って、置換澱粉の過度の移動は防止され、複合材は実質的に強化される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの置換基をある置換度で有する置換澱粉、
無機相、および
水を含む有機・無機複合材であって、
前記無機相、前記置換澱粉および前記水が一緒に混合されて混合物が形成され、前記無機相は少なくとも一部が前記水により水和され、前記置換度および前記少なくとも１つの置換基は、前記置換澱粉が混合温度で混合される間には溶解しないが、前記混合物処理の間に温度が上がると少なくとも一部が溶解し、前記有機・無機複合材の全体にほぼ分散した膜を形成し、前記有機・無機複合材が十分強くなるように、選択される有機・無機複合材。
【請求項２】
前記少なくとも１つの置換基が、エーテル置換基およびエステル置換基からなる複数の置換基から選択される請求項１に記載の有機・無機複合材。
【請求項３】
前記少なくとも１つの置換基が、エステル置換基からなる複数の置換基から選択される請求項２に記載の有機・無機複合材。
【請求項４】
前記少なくとも１つの置換基が、エーテル置換基からなる複数の置換基から選択される請求項２に記載の有機・無機複合材。
【請求項５】
前記少なくとも１つの置換基が、アルキル置換基、こはく酸エチル置換基、カチオン性置換基、アニオン性置換基、およびそれらの組み合わせからなる複数の置換基から選択される請求項１に記載の有機・無機複合材。
【請求項６】
前記置換澱粉が、ヒドロキシエチル化、ヒドロキシプロピル化、またはアセチル化されている請求項１に記載の有機・無機複合材。
【請求項７】
前記少なくとも１つの置換基が、前記置換澱粉が前記水和無機相上に膜を形成するように、膜形成性および親水性を有するように選択される請求項１に記載の有機・無機複合材。
【請求項８】
前記置換澱粉が、浸透性のポリマー膜を形成する請求項１に記載の有機・無機複合材。
【請求項９】
前記少なくとも１つの置換基で、前記置換度が、粘度１０００ｃｐｓにおける固体重量％が少なくとも４％であるように選択される請求項１に記載の有機・無機複合材。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの置換基で、前記置換度が、粘度１０００ｃｐｓおよび温度華氏１５０度における固体重量％が９％〜４３％の範囲にあるように選択される請求項９に記載の有機・無機複合材。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの置換基がヒドロキシプロピル基であり、粘度１０００ｃｐｓおよび温度華氏１５０度における固体重量％が１４％〜２０％の範囲にあるように、前記置換度が選択される請求項９に記載の有機・無機複合材。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの置換基がヒドロキシエチル基であり、粘度１０００ｃｐｓおよび温度華氏１５０度における固体重量％が１７％〜３０％の範囲にあるように、前記置換度が選択される請求項１１に記載の有機・無機複合材。
【請求項１３】
前記ヒドロキシエチル基の前記置換度が、粘度１０００ｃｐｓおよび温度華氏１５０度における固体重量％が１７％〜２１％の範囲にあるように選択される請求項１２に記載の有機・無機複合材。
【請求項１４】
前記置換度が０．３未満である請求項１２に記載の有機・無機複合材。
【請求項１５】
前記置換度が６重量％未満である請求項１２に記載の有機・無機複合材。
【請求項１６】
前記置換度が１〜３重量％の範囲にあるように選択される請求項１２に記載の有機・無機複合材。
【請求項１７】
前記置換澱粉が少なくとも一部はアミロペクチンを含んでいる請求項１の有機・無機複合材。
【請求項１８】
前記置換澱粉のほぼ全体がアミロペクチンである請求項１７の有機・無機複合材。
【請求項１９】
前記置換澱粉のほぼ全体が溶解し、ポリマー膜を形成する請求項１に記載の有機・無機複合材。
【請求項２０】
前記置換澱粉が、疎水性変性され酸分解されたもち状のとうもろこし澱粉である請求項１に記載の有機・無機複合材。
【請求項２１】
前記置換澱粉が酸分解澱粉であり、前記少なくとも１つの置換基がヒドロキシプロピル基である請求項１に記載の有機・無機複合材。
【請求項２２】
前記置換度が１．５〜２．５重量％のヒドロキシプロピルの範囲で選択される請求項２１に記載の有機・無機複合材。
【請求項２３】
前記置換澱粉が、アセチル化され、酸分解されたもち状のとうもろこし澱粉である請求項１に記載の有機・無機複合材。
【請求項２４】
前記置換澱粉の量が、前記置換澱粉および無機相の重量の２重量％程度である請求項１に記載の有機・無機複合材。
【請求項２５】
前記有機・無機複合材のほぼ全体に分散した繊維類をさらに含む請求項１に記載の有機・無機複合材。
【請求項２６】
前記繊維類がガラス繊維である請求項２５に記載の有機・無機複合材。
【請求項２７】
曲げ強度が相乗的に改善されるように選択されたセルロースエーテル添加剤をさらに含む請求項１に記載の有機・無機複合材。
【請求項２８】
前記セルロースエーテルが、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カチオン性セルロース、カルボキシメチルセルロースおよびこれらの組み合わせからなるセルロースエーテル類の群から選択される請求項２７に記載の有機・無機複合材。
【請求項２９】
前記セルロースエーテルがヒドロキシプロピルメチルセルロースである請求項２８に記載の有機・無機複合材。
【請求項３０】
混合温度範囲を有するプロセスを用いて有機・無機複合材物品を調製する方法であって、前記方法が、
置換澱粉が前記混合温度範囲において水に不溶であるような置換度、重合度および少なくとも１つの置換基を有する前記置換澱粉を選択する工程、
前記混合温度範囲内の温度における連続プロセスにおいて、前記置換澱粉、無機相および水を混合する工程、
前記複合材物品を成形する工程、
前記無機相の少なくとも一部を水和する工程、
前記混合温度範囲より上に温度を上げる工程であって、前記置換澱粉は少なくとも一部が前記水に溶解し、および
前記置換澱粉が前記複合材物品内で連続ポリマー膜を形成するように前記複合材物品を凝固させて乾燥する工程
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願との関係
本出願は、以前に出願された同時係属中の米国特許仮出願、即ち、２００４年８月２０日に出願された第６０／６０３，４９１号、２００３年１２月１２日に出願された第６０／５２８，５５９号、および２００４年３月１５日に出願された第６０／５５３，４２３号の利益を主張し、且つ参照によりこれらの特許出願の内容を組み込んでいる。
【０００２】
発明の分野
本発明の分野は、低コスト、延焼防止建築材料などの有機・無機複合材に関する。
【背景技術】
【０００３】
置換澱粉類は、化学的に反応して１つ以上のヒドロキシル官能基を置換した澱粉誘導体である。通常、このプロセスは、澱粉ポリマー骨格に沿ってエーテル結合またはエステル結合を付加する澱粉または変性澱粉のエーテル化またはエステル化を含む。このプロセスは、酸化、酸分解、架橋、および早期ゼラチン化などの旧来の澱粉変性方法とは異なる。澱粉は、じゃがいも、タピオカ、とうもろこしなどの天然の多くの作物の１つから得られる。事実、多数の澱粉は、液体、粒子および微粉末を含む種々の形態のものが周知であり、商業的に利用できる。置換澱粉は、１つ以上のタイプの官能基で置換する前または後に酸分解などの別の方法で変性することもできる。例えば、置換基は、メチルまたはエチル置換基のようなアルキル基、ヒドロキシエチル、ヒドロキシメチル、またはヒドロキシプロピル置換基などのヒドロキシアルキル、疎水性、カチオン性、アニオン性の各置換基、またはこれらの組み合わせでもよい。ともかく、置換澱粉類を調製する方法はよく知られている。
【０００４】
酸分解澱粉または早期ゼラチン化澱粉は、壁板の芯の表面紙への結合を改良するために壁板の芯の配合物に添加されることがある。これらの澱粉類は、通常、表面に移動するか、壁板の芯の表面に直接塗布される。従来の壁板では、表面紙にかなりの耐応力性があり、壁板の強度と耐久性とを得るためには、表面紙と壁板の芯との間が確実に結合されていることが必須である。また、この種の澱粉は壁板の芯を有意に強化することがほとんどないことは周知であり且つ容認されている。
【０００５】
実際に、大抵の澱粉類は、無機マトリックス中に溶解も分散もしないので、乾燥中に表面に効率よく移動することはない。従って、この種の澱粉類は、壁板の芯を強化する上で何らの役割も果たさない。複合材中に主として分散している澱粉でも、針状結晶、微粒子、または繊維などの各形態をとり得る別体の無機相と十分結合しない。壁板の芯を強化する安価で有用な添加剤を見出すために多くの試みがなされたが、従来の壁板より実質的に優れている特性を得ることはできなかった。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
置換澱粉で強化された複合材は、置換澱粉を含む個別の無機相およびポリマー相を含む。複合材のミクロ構造は、いずれにしても諸クレームを制限することなく、置換澱粉を含む浸透性ポリマー膜によって強化された無機相を作るために調節されると考えられている。例えば、ヒドロキシエチル化澱粉、ヒドロキシプロピル化澱粉、またはアセチル化澱粉などの置換澱粉は、置換澱粉が冷水に不溶性になるような置換度を有するように選択される。澱粉は混合により分散される。例えば、置換澱粉は、流動性スラリーを形成するため過剰の水と混合する前に、粉末硫酸カルシウム半水和物と共に乾燥粉末として混合される。次いで、乾燥中に、スラリーの温度は上昇し、ほとんど溶けない置換澱粉が、過剰の水に溶解し始める。置換澱粉は、石膏の芯の中に留まり、乾燥中該水和無機相上に堆積する。澱粉エーテルまたは澱粉エステルなどの置換澱粉は、少量添加した置換澱粉と共に硫酸カルシウム半水和物の水和中に形成する石膏結晶などの個別の無機相の有効な結合剤として作用する。
【０００７】
目的は、よく混ざった分散体および無機成分と有機成分との相互作用を有する複合材を提供することである。利点は、有機成分の低い添加レベルが、物質の組成物のコストを商業的に有利な範囲に保ちつつ、複合材の強度および釘抜き抵抗を実質的に上げることである。もう１つの利点は、強度を犠牲にすることなく複合材の重量を低減し、製造コストを低減できることである。
【０００８】
１つの実施例では、有機相と無機相の間で密接な相互作用を生じる良好な膜形成特性と親水性を有する置換澱粉が選択される。この置換澱粉組成物は、無機マトリックスによく浸透し、無機相に強く固着し、無機相を強く結合する。
【０００９】
もう１つの目的は、混合および形成中に低粘度を有する強化されたスタッコスラリーを提供することである。例えば、澱粉添加剤の溶解をスラリーの温度が溶解点に上がるまで遅延させることにより、スラリーの粘度を壁板が凝固し乾燥するまで低く保持する。１つの実施例では、物質の組成物から作られ、物品の成形に使われるプロセスの一部である凝固および乾燥の間に温度が上がるまで溶解を遅延させるために置換度の低い澱粉ベースのポリマーが使われる。この遅延溶解は、スラリーが製造装置に詰まったり、固着するのを防ぐ利点がある。もう１つの利点は、物質の組成物がポリマーの分子分散体を有し、この分散体が複合材の乾燥中、物品の無機マトリックスの至るところに残存することである。さらにもう１つの利点は、複合材の表面へのポリマーの移動が少なく、このような移動があると芯の強度を改善することができない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
他の特徴および利点は、添付図面に関する以下の説明から明らかになる。
【００１１】
以下の実施例は、発明の開示で述べたことに基づく他の解決方法を排除するものではない。代わりに、以下は、特定の実施態様について単に実施例をいくつか提示しているだけである。
【００１２】
特定の置換澱粉は、石膏製の壁板の芯の強度を大いに高めることができる。旧来の壁板澱粉および多くの置換澱粉を含む大抵の澱粉は、石膏ベースの建材の強度をほとんど上げることはない。本明細書では、何らかの添加剤を含むことにより強度が実質的に増加することは、ペーパーレスの芯の平坦な厚さ半インチの試料に添加剤を加えることによって、添加剤なしに作られた同じ密度のペーパーレスの芯に比べて釘抜き抵抗または曲げ強度が少なくとも１０％上がることを意味している。
【００１３】
例えば、無機複合材との密接な相互作用を通して全体的に有効な分布を生じる、特有の分子量、タイプおよび置換度を有する澱粉類が選択される。得られる置換澱粉で強化された複合材は、改善された硬度と強度とを有し、これらの２つは釘抜き抵抗を向上する優れた組み合わせである。さらに、試料の靭性は、試料中の添加剤を増やしても低下しない。従って、この種の置換澱粉で強化された芯を有する壁板は、釘抜き抵抗および硬度が改善されている。
【００１４】
いくつかの実施例では、複合材で使われた置換澱粉類は、製造プロセスの間に表面に移動することなく無機芯に完全に溶解する溶解度特性を有する。例えば、置換澱粉は、例えば、冷水に不溶な０．３ＤＳ未満の低い置換度であるヒドロキシエチル澱粉である。冷水は、混合中の水の処理温度に関係づけるために使われる表現であり、処理温度は凝固中および／または乾燥中の複合材の温度より低い。１つの壁板製造プロセスでは、澱粉は、乾燥粉末として、好ましくは水および湿り成分と混合する前に他の乾燥成分と共に添加される。澱粉は、混合、成形、および凝固の間に溶けずに残っており、従って、スラリー粘度またはスタッコ水和に対する大きな影響はなく、このため、種々の壁板製造プロセスのすべてはほとんど変更することなく使える。置換澱粉は溶解し、水性分子分散体を形成し、プロセスの凝固段階および乾燥段階の間に石膏マトリックスの至るところに一様に堆積し、壁板の温度が溶解点を超えて上がると、澱粉添加剤は分子ネットワークを形成し、これにより複合材を強化することができる。
【００１５】
澱粉以外の多糖類は、芯物質内の分布、無機複合材と多糖類との相互作用および芯物質内の多糖類の移動が同様に調節される限り使用することができる。しかし、図２Ｂに示しているように、置換澱粉はコストが低くかなりの商業的利益が得られる。
【００１６】
置換度および溶解温度の調節は、強化添加剤を選択する場合に重要である。添加剤は物品を形成する製造プロセスの間にいくつかの点で容易に溶けるべきであるが、添加剤の溶解後の移動量は制限されるべきである。従って、添加剤は、製造する物品の芯の中にほぼ保持され、そこで添加剤が複合材を強化することができる。
【００１７】
例えば、壁板の乾燥は、通常、湿り板を多段式の乾燥炉内に通し、板を通って熱および質量の移動が生じる。炉から熱が該板に入ると、過剰の水が温度を上げて蒸発する。水蒸気、即ちスチームは、主として、板の表面から、通常重い壁板紙を通過して出て行く。従って、乾燥プロセスの間中、板の厚さを横断して特有の温度および水分分布が変動する。１つの実施例では、温度および水分の変化に応える置換澱粉が選択され、乾燥プロセスの間に壁板の芯の至るところに微細な連続膜を形成する。添加剤はほとんどが壁板の芯に保持される。
【００１８】
置換澱粉は、最初は、天然の澱粉資源に由来する。種々の資源に由来する澱粉類は、粒子サイズ、重合度（ＤＰ）、およびアミロペクチン（分岐澱粉）に対するアミロース（線状澱粉）の比が様々である。ＤＰは澱粉分子あたりの無水グルコースの平均数を指している。コストを考慮すると、デントコーン、もち状とうもろこし、またはじゃがいも澱粉が好ましい。デントコーンおよびじゃがいも澱粉は主としてアミロペクチンであり、より多くのアミロースおよび比較的高いＤＰを有する天然じゃがいも澱粉を伴う。もち状メーズコーンは１００％アミロペクチンである。特殊な交配種とうもろこしから高アミロース澱粉が得られ、この澱粉も置換できる。高ＤＰの澱粉類は、適切な粘度特性を得るために置換する前に酸分解されるのが好ましい。
【００１９】
置換澱粉類が冷水に不溶であることは、澱粉類は加熱して澱粉類のゲル温度を通過するまでは溶液粘度が上がらないことを意味している。特有の澱粉の加熱調理に対する粘度の応答は、粘性分析、即ち処理の間中粘度を測定しながら、剪断下の澱粉分散体を９０−９５℃まで加熱して任意の時間保持し、次いで、３５−５０℃に冷却する方法により特徴づけられることがある。種々の型の変性澱粉および置換澱粉は、粘性分析（ＲＶＡ）により測定された広範囲の粘度プロファイルを有する。加熱調理に対する代表的な応答は、澱粉が加熱される時の顆粒の膨潤、加熱または調理中の顆粒の破裂および分子状分散体、および冷却した際の粘度の上昇および澱粉の再会合を含む。粘度プロファイル上のいくつかの点は、澱粉の特徴づけに使うことができる。これらは、ゲル温度、ピーク粘度、トラフ粘度（保持強度）、および最終粘度である（図を参照のこと）。澱粉粘度プロファイルは、剪断速度、ｐＨ、塩類、および微粒子による影響も受ける。
【００２０】
種々の型の澱粉の変性および置換は、特定の用途の粘度特性の調節に使える。１つの組成物では、澱粉のヒドロキシ基は、エステル結合またはエーテル結合により接続された別の基により置換される。可用性、コスト、および性能により好ましいいくつかの置換基は、ヒドロキシプロピル、ヒドロキシエチル、アセチル、疎水性、アニオン性、およびカチオン性の各置換基である。これらの置換基は、種々の分子組成を有する澱粉を生じるが、これらはいくつかの特性を共有する。一般に、置換により、ゲル温度が低下し、澱粉顆粒が膨潤し、破裂し、澱粉分子を溶液中に放出する時間を短縮し、且つ温度範囲を縮小し、ピーク、トラフおよび最終の各粘度の間の比を変更し、レトログレード（後退）する傾向が低下する。これらの作用はすべて膜形成能力を改善する傾向がある。本発明の組成物で使われる澱粉類は、変性および未変性の澱粉類に比べて膜の曲げやすさおよび強度を改良した。置換澱粉類は、疎水性と親水性とのバランスを変更し、製造している物品のマトリックス中の無機相への親和力と接着性を改良すると考えられている。
【００２１】
例えば、澱粉は、反応条件を変えることにより、種々の度合いまで特定の置換基を用いて置換される。置換度は、通常、ＤＳ、即ち無水グルコースのユニットあたりの置換されたヒドロキシル基の数、または重量％、即ち置換ユニットの総重量をポリマーの総重量により除した値として表される。両者は、実際の置換は、ヒドロキシル基の位置、並びに澱粉鎖に沿っておよび澱粉分子間で変わるので、平均置換量を指している。本発明の組成物の澱粉のＤＳは、強度の向上にとって重要である。低ＤＳの澱粉類は、適切な溶解および分散に導く比較的低いゲル点およびトラフ粘度を持たない。また、ＤＳの高い澱粉類は、冷水に可溶性になり、スラリー粘度およびスタッコ水和に影響がある。最適ＤＳを有する澱粉類は、複合材の無機マトリックスと最も好都合な相互作用を与える粘度特性および疎水性／親水性バランスを有する。１つの実施態様では、置換澱粉は６重量％程度の置換度を有し、これは、本明細書に記述されたように添加された場合、複合材をかなり強化する。１つの好ましい実施態様では、置換度は、１−３重量％の範囲で選択される。もう１つの好ましい実施態様では、置換度は１．５−２．５％の範囲で選択される。
【００２２】
特定の型の置換澱粉の強度向上能力は、澱粉の粘度並びに置換度に依存している。置換澱粉類の強度向上に対する粘度の効果は、商業的に利用できる澱粉類並びにラボで調製された澱粉類を用いて調べられた。酸分解の度合いが異なるために種々の粘度を有する澱粉類は、強度を高めるための最適粘度を決めるために同じ度合いまで置換された。Ｃ６８Ｆ、Ｃ１６５、Ｃ１５０、Ｃ１４０、Ｃ１２４、およびＣ１１０と呼ばれたグレイン・プロセッシング・コーポ（Ｇｒａｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｏｒｐ）からの酸変性澱粉類は、各々、標準置換反応スキームを用いて約２．３重量％のヒドロキシプロピル（ＨＰ）基を用いて置換された。澱粉類の置換レベルは、温浸およびガスクロマトグラフィにより分析した。澱粉試料は、２重量％のスタッコにおいて標準壁板配合物に添加され、次いで、配合物は釘抜き抵抗についてテストされ、強度改良量を決めるために対照試料に対して正規化された。これらの結果は表１に示されている。粘度は、華氏１５０度における１０００ｃｐｓの加熱処理粘度を達成するために必要なスターティング物質の固体含有量として提示されている。比較的高い「１０００ｃｐｓにおける固体重量％」を有する澱粉類は、粘度が比較的低い。
【００２３】
（表１）ＩＣＢＭ置換ＨＰ澱粉の性能対粘度
2007535583.tif 000002
商業的に利用できる種々の粘度のヒドロキシエチル化（ＨＥ）澱粉類を、２重量％のスタッコにおいて壁板試料に添加し、これらの澱粉の強度向上特性を評価した。テスト試料には、ＡＥステーリイ（Ｓｔａｌｅｙ）Ｃｏからの一連のエチレックス（Ｅｔｈｙｌｅｘ）澱粉類およびグレイン・プロセッシング・コーポ（Ｇｒａｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｏｒｐ）からの一連のコートマスター（Ｃｏａｔｍａｓｔｅｒ）澱粉類が含まれていた。再度、各試料について置換レベルを測定した。これらの結果は、表２および３に示す。粘度データは、コートマスター（Ｃｏａｔｍａｓｔｅｒ）については華氏１５０度、エチレックス（Ｅｔｈｙｌｅｘ）については華氏９５度における１０００ｃｐｓの加熱処理粘度を達成するために必要な固体含有量として文献のデータを用いた。
【００２４】
（表２）コートマスター（Ｃｏａｔｍａｓｔｅｒ）ＨＥ澱粉の性能対粘度
2007535583.tif 000003
（表３）エチレックス（Ｅｔｈｙｌｅｘ）ＨＥ澱粉の性能対粘度
2007535583.tif 000004
表２は、華氏１５０度において１０００ｃｐｓの場合１７−３０固体重量％の範囲が好ましいことを示している。より好ましい範囲は、１７−２１固体重量％である。
【００２５】
ＤＳは同等であるが、粘度または酸変性の度合いが異なるラボおよび商業的ＨＥおよびＨＰ澱粉類から集めたデータは、ピーク性能が中間粘度で得られることを示している。デントコーン澱粉エーテル類の場合、華氏１５０度で約２０重量％の固体の場合に１０００ｃｐｓの粘度になる酸分解度において強度の向上は最大になる。（注記：エチレックス（Ｅｔｈｙｌｅｘ）の粘度は比較的低温で表され、従って華氏１５０度における粘度は比較的低く、１０００ｃｐｓになる固体重量％は比較的高くなり、ピーク粘度間は一致する結果になる。）この中間粘度は、複合材の表面への過度の移動を生じることなく無機マトリックスの至るところで溶解および拡散を可能にする。最適粘度は、スタッコの型および品質、並びに水とスタッコの比および乾燥速度および温度などの処理条件により変動しうる。
【００２６】
石膏芯における置換澱粉ポリマーの位置を確認するために沃素溶液染色法を用いた。沃素溶液は、沃素（Ｉ２）チップをイソプロピルアルコールおよび水に室温で溶解して作った。分析する壁板試料は、１つの紙表面を芯に浸透しないように注意しながら試料が一様に壊れる「スコア・アンド・スナップ」に類似した技法を用いて輪切りにした。次いで、溶液を該試料の壊れた表面にたっぷり塗布した。試料中の澱粉と水和させ且つ錯体をつくるために溶液を数分間接触させた。染色された試料は、次いで、立体顕微鏡で調べ、染まった澱粉の色調、色相および位置とを記録した。
【００２７】
澱粉を染めた結果は、性能の傾向をさらに詳しく説明するために分子組成に関係づけられた。乾燥後の試料中の澱粉の作用を特徴づけるためにいくつかの重要な特質が確認された。壁板試料は、石膏マトリックスの大部分における染色の色調、マトリックス内の顆粒粒子のサイズおよび色調、および試料の乾燥表面におけるより暗い色調の厚さにより主として特徴づけられた。
【００２８】
組み込まれた澱粉類のゲル温度の上まで加熱されなかった壁板試料は、芯内または表面では染まらず、芯内に輪郭を細かく描写された粒子があることが判明した。この場合、板の芯および澱粉は至るところで澱粉を溶解するのに十分高い温度に到達していない。澱粉は膨潤も分散もしない顆粒として留まる。
【００２９】
高粘度の置換澱粉を含む試料は、芯に明るい色調があり、表面がごくわずかに染まり、芯内に拡散した比較的大きな粒子がある。ここで、澱粉類はそれらのゲル温度に到達し、溶解し始めた。澱粉顆粒は、次いで、膨潤状態に留まるか、または破裂するが、澱粉が高粘度であるためにゆっくり拡散した。
【００３０】
低粘度の置換澱粉類を有する試料は、表面に沿って厚くて暗く染まった芯内に明るい色調があった。これらの澱粉類は、完全に溶解し、分子状の分散体を形成したが、次いで、乾燥中に表面に向かって移動した。移動の度合いは、紙の表面に沿った染色の厚さにより明示された。
【００３１】
適切な粘度の置換澱粉類を有する試料は、芯の至るところが暗く染まった。これらの試料では、澱粉顆粒は、石膏マトリックス内に溶解し、拡散したが、乾燥中の表面への移動は多くなかった。これらの試料は、一部が染まり、表面に顆粒の残留および／または薄く、濃縮された層の残留を示しているが、澱粉は石膏複合材の至るところにほとんどが分散していた。
【００３２】
粘度は、澱粉エステル類などの他の型の置換澱粉類の性能にとっても重要であることが判明した。例えば、商業的に利用できる疎水性変性酸分解もち状とうもろこし澱粉である、ナショナル・スターチ・アンド・ケミカル・コンパニー（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｔａｒｃｈ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ）からのＦｉｌｍｋｏｔｅ５４は、壁板試料に低レベルにおいて添加しても優れた釘抜き性能を与えた。しかし、同社の高粘度タイプのＦｉｌｍｋｏｔｅ５５０はほとんど改善しなかった。同様に、グレイン・プロセッシング・コーポ（Ｇｒａｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｏｒｐ）からのヒドロキシプロピル基の置換度が低い、未変性澱粉であるＢ２０Ｆは、壁板試料に添加しても不溶性のままであり、強度の向上もなかった。しかし、同じ置換澱粉を酸分解し、壁板試料に添加すると釘抜き抵抗を大いに改良した。
【００３３】
置換澱粉の強度を上げるためには、最適粘度は必要であるが、十分ではない。該澱粉は、適切な置換度も持たねばならない。置換度が低すぎる場合は、ゲル温度、粘度特性、および膜形成能力が、複合材の強度を改良するほど、十分変わらない。置換の度合いが高すぎる場合は、澱粉は冷水に可溶になり、その場合置換度はスラリー粘度やスタッコ水和に影響を及ぼし、強度の改良はほとんどない。これらの作用は、ＡＥスタリー（Ｓｔａｌｅｙ）からの壁板結合剤である酸分解デントコーン澱粉を、種々の量のＨＥで置換することにより証明された。これらの試料は壁板配合物に添加され、表４に概要を示す強度向上量を決めるために釘抜き抵抗についてテストされた。
【００３４】
（表４）ＩＣＢＭ  ＨＥ澱粉の性能対置換
2007535583.tif 000005
置換量が澱粉を低いゲル温度で冷水に可溶にする範囲内にある時でも、置換度は強度の向上に影響を及ぼすことがある。ＤＳは、この澱粉膜特性およびこの場合石膏結晶である無機マトリックスへの親和力に影響を及ぼすと考えられている。澱粉類はＨＰ置換量を増加させて製造された。再度、壁板試料は、２重量％の添加剤と共にこれらの澱粉類から作られ、機械的にテストされた。釘抜き性能のピークは、１．５と２．５重量％ＨＰとの間に存在した。澱粉エステル類について類似の傾向が認められた。アセチル化試料とブチル化試料は、冷水溶解度の限界以下で置換量を増やして作られた。最高の強度向上能力は、中間置換の試料について得られた。
【００３５】
置換される澱粉の型も、溶解および性能に影響を及ぼすことができる。分岐型の澱粉、アミロペクチンから構成されているもち状メイズコーンは、種々の官能基で変性または置換した場合、一般に、強度を著しく向上させる。これは、石膏結晶などの無機物に対するアミロペクチンの強い親和力によるものと考えられている。この相互作用は、スタッコのスラリーに、予め溶解した酸分解もち状メイズコーンを添加することにより証明された。高粘度ではない該溶液は、スタッコが石膏内で凝固することを防いだ。これは、おそらく、成長中の石膏結晶の表面にアミロペクチンを統合することにより、結晶の成長を防止したためであった。変性または置換アミロペクチン澱粉が予め溶解されていないか、または冷水に可溶である場合は、スタッコの凝固は澱粉が溶解する前に起きるのでこれは問題ではない。
【００３６】
じゃがいも澱粉も、置換されて、無機複合材の強度向上添加剤を作ることができる。好ましい粘度および置換度の置換じゃがいも澱粉類は、強度を向上させるが、溶解特性が異なっていることが判明した。顆粒の多くは、複合材の乾燥後無傷のままである。これは、該顆粒が比較的大きく、じゃがいも澱粉類のアミロース含有量が比較的高いためであろう。置換澱粉の１つの画分が顆粒からマトリックス内へ浸出し、強度向上の主な原因になると考えられている。タピオカ澱粉、およびたぶん他の天然澱粉資源も、適切な粘度に調節され、任意のＤＳ内で置換された場合は強度を向上することができる。任意の組成物で使用するための強度向上澱粉の型の選択は、添加した際の組成物の性能および性能とコストの比に強く依存している。
【００３７】
本発明の組成物の置換澱粉類は、これらの澱粉類の効果的な強度の向上および低コストにより特に魅力的である。現在の板重量における石膏壁板の強度を改良し、または強度を犠牲にすることなく壁板の重量を低減するために、これらの澱粉類は低濃度で使用することができる。これらのいずれの場合も、強度向上澱粉類のコスト効果が最も重要である。澱粉の置換によるコスト増は、強度向上特性の改良により相殺される。効果の低い澱粉または添加剤と同じ効果を達成するために、少量の置換澱粉を複合材に添加すればよい。従って、全体的性能とコストの比は、他の強度向上添加剤を用いた場合よりも置換澱粉類を用いた場合の方が大きい。
【００３８】
石膏壁板の重量およびコストを低減する望ましい添加剤レベルは、単純なコスト分析を用いて見出すことができる。石膏の芯および複合材のサンドイッチ構造の重量対強度の比が上がると、同じ釘抜き抵抗を有する比較的軽い重量の板の製造が可能になる。比較的軽い重量の板には、芯に含まれる物質の量が少なく、澱粉を追加したコストよりも全体のコストを節約できることになる。しかし、強度向上澱粉を加えた利益は、一般に、比較的高い添加剤レベルにおいて横ばいになる。一部の点において、澱粉の追加コストは、重量低減効果および得られるコストの節約を上回り始める。例えば、ＨＥ澱粉は、１．５重量％のスタッコ添加において、ＡＳＴＭ釘抜き標準に合格するために最小板重量を１５５０ｌｂｓ／ＭＳＦから１４００ｌｂｓ／ＭＳＦへ下げるのに使用することができ、製造コストを３％下げる。
【００３９】
他の場合には、高性能建築用板材の場合のように、添加剤あたりの性能がより重要である。これらの板材は、通常、比較的高いパーセンテージの強度向上添加剤を含む。複合材に比較的高いレベルの有機添加剤が加えられる場合は、耐火性および抗菌性など他の要因が重要になる。耐火性は、添加剤により本質的に解決することができない、無機組成物、特に石膏壁板のキーポイントになる利点である。燐酸塩などの耐火性添加剤が、組成物に含まれるが、コスト高になることが多い。菌の影響は、建材において検討されねばならない最近懸念されている問題である。高い比率で有機成分を使用すると、複合材の抗菌性を大いに低下させ、抗菌薬の添加が必要になる。従って、所望の機械特性を達成しつつ、有機強度向上添加剤をできるだけ低いレベルに保つことは大事なことである。この場合、強度性能と添加剤の比は、強度向上剤を選択する時に重要になる。
【００４０】
強度向上澱粉類は、性能を改良するために他の添加剤と組み合わせることもできる。壁板に単独の向上添加剤として澱粉類を添加した場合は、板材の硬度および釘抜き抵抗を高めるが、石膏は一層脆くなる。置換澱粉の作用を補完するために、他の添加剤を加えることができる。例えば、置換澱粉類は、無機複合材において強度向上セルロースエーテル類と組み合わせることができる。特定のセルロースエーテル類は、無機複合材の靭性および曲げ強度を改良することが知られており、澱粉により付与された脆さに対応するために使用することができる。壁板で組み合わせ使用した場合は、結果として板材の釘抜き抵抗、曲げ強度、硬度および靭性を改良する。いくつかの場合には、セルロースエーテルおよび置換澱粉の結合した機械的性能は、個々の性能の和よりも大きい。
【００４１】
繊維類も、曲げ強度、靭性および誤用防止を改良するために複合材に含まれる。繊維類は、脆い無機複合材の取り扱い、取り付け、および使用により生じた損傷を低減することが知られている。複合材に少量のセルロースエーテル類を添加すると、繊維類を無機マトリックスに結合するのに役立ち、繊維類の引き抜き強度を上げると考えられている。これが、エーテル繊維類またはセルロースエーテルを複合材に単独で添加する場合よりも良好な性能をもたらす。１つの好ましい実施態様では、強度が高く、低コストで、耐火性なのでガラス繊維類が添加される。
【００４２】
１つの実施態様では、置換澱粉、セルロースエーテル、およびガラス繊維類が、それぞれ、１０重量％、２重量％、および２重量％スタッコにて添加される。得られるスラリーは、表面物質のない１／４インチのシートに流し込まれ、２段操作で乾燥された。得られる板材は、低板材重量において良好な釘抜き抵抗および曲げ強度を有し、優れた磨耗抵抗を有した。類似の配合物は、パラフィンろう乳剤などの耐水性添加剤を含むことができる。菌の影響を下げるために抗真菌剤も添加される。最後に、乾燥板材は、後で行う塗装または仕上げを容易にするためにアクリル乳剤または酢酸ビニルエチレン共重合体乳剤などの下塗り物質で被覆することができる。
【実施例】
【００４３】
対照試料１：酸変性デントコーン澱粉（Ｈｉ  Ｂｏｎｄ）
１０００ｇのスタッコ、ブンジミリング（Ｂｕｎｇｅ  Ｍｉｌｌｉｎｇ）からの１０ｇのＨｉ  Ｂｏｎｄ酸変性デントコーン澱粉、および１０ｇの粉砕石膏硬化促進剤を含む乾燥成分を一緒によく混合した。次いで、この混合物を、４Ｌのワリングブレンダー中で２滴の凝固遅延剤と共に１２００ｇの温かい（華氏１０２度）水道水に加えた。この配合物を「低い」にセットして１０秒間ブレンドした。得られたスラリーを１２インチ×１２インチ×１／２インチの水平型内の紙包装材に注入し、ガラス板を用いて表面を１／２インチまで圧縮した。この試料を１０分以内で完全に凝固させ、該型から取り外し、２５０℃の対流オーブン内に置いた。この試料をその初めの重量の７５％まで乾燥し、次いで、完全に乾燥するまで５０℃の対流オーブン内に置いた。
【００４４】
対照試料２：酸変性デントコーン澱粉（壁板結合剤）
１０００ｇのスタッコ、ＡＥスタリー（Ｓｔａｌｅｙ）からの１０ｇの壁板結合剤酸変性デントコーン澱粉、および１０ｇの粉砕石膏硬化促進剤を含む乾燥成分を一緒によく混合した。次いで、この混合物を、４Ｌのワリングブレンダー中で２滴の凝固遅延剤と共に１２００ｇの温かい（華氏１０２度）水道水に加えた。この配合物を「低い」にセットして１０秒間ブレンドした。得られたスラリーを１２インチ×１２インチ×１／２インチの水平型内の紙包装材に注入し、ガラス板を用いて表面を１／２インチまで圧縮した。この試料を１０分以内で完全に凝固させ、型から取り外し、２００℃の対流オーブン内に置いた。この試料をその初めの重量の７５％まで乾燥し、次いで、完全に乾燥するまで５０℃の対流オーブン内に置いた。
【００４５】
対照試料３：酸変性デントコーン澱粉（Ｃ１６５）
１０００ｇのスタッコ、グレイン・プロセッシング・コーポ（Ｇｒａｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｏｒｐ）からの１０ｇのＣ１６５酸変性デントコーン澱粉、および１０ｇの粉砕石膏硬化促進剤を含む乾燥成分を一緒によく混合した。次いで、この混合物を、４Ｌのワリングブレンダー中で２滴の凝固遅延剤と共に１２００ｇの温かい（華氏１０２度）水道水に加えた。この配合物を「低い」にセットして１０秒間ブレンドした。得られたスラリーを１２インチ×１２インチ×１／２インチの水平型内の紙包装材に注入し、ガラス板を用いて表面を１／２インチまで圧縮した。この試料を１０分以内で完全に凝固させ、型から取り外し、２００℃の対流オーブン内に置いた。この試料をその初めの重量の７５％まで乾燥し、次いで、完全に乾燥するまで５０℃の対流オーブン内に置いた。
【００４６】
対照試料４：酸変性デントコーン澱粉（２０ｇ）
１０００ｇのスタッコ、グレイン・プロセッシング・コーポ（Ｇｒａｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｏｒｐ）からの２０ｇのＣ１６５酸変性デントコーン澱粉、および１０ｇの粉砕石膏硬化促進剤を含む乾燥成分を一緒によく混合した。次いで、この混合物を、４Ｌのワリングブレンダー中で２滴の凝固遅延剤と共に１２００ｇの温かい（華氏１０２度）水道水に加えた。この配合物を「低い」にセットして１０秒間ブレンドした。得られたスラリーを１２インチ×１２インチ×１／２インチの水平型内の紙包装材に注入し、ガラス板を用いて表面を１／２インチまで圧縮した。この試料を１０分以内で完全に凝固させ、型から取り外し、２００℃の対流オーブン内に置いた。この試料をその初めの重量の７５％まで乾燥し、次いで、完全に乾燥するまで５０℃の対流オーブン内に置いた。
【００４７】
ヒドロキシエチル澱粉類
１０００ｇのスタッコ、グレイン・プロセッシング・コーポレーション（Ｇｒａｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）からの２０ｇのＣｏａｔｍａｓｔｅｒ  Ｋ５５Ｆヒドロキシエチル化酸変性デントコーン澱粉、および１０ｇの粉砕石膏硬化促進剤を含む乾燥成分を一緒によく混合した。次いで、この混合物を、４Ｌのワリングブレンダー中で２滴の硬化遅延剤と共に１２００ｇの温かい（華氏１０２度）水道水に加えた。この配合物を「低い」にセットして１０秒間ブレンドした。得られたスラリーを１２インチ×１２インチ×１／２インチの水平型内の紙包装材に注入し、ガラス板を用いて表面を１／２インチまで圧縮した。この試料を１０分以内で完全に硬化させ、型から取り外し、２５０℃の対流オーブン内に置いた。この試料をその初めの重量の７５％まで乾燥し、次いで、完全に乾燥するまで５０℃の対流オーブン内に置いた。
【００４８】
１０００ｇのスタッコ、グレイン・プロセッシング・コーポレーション（Ｇｒａｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）からの２０ｇのＣｏａｔｍａｓｔｅｒ  Ｋ５４Ｆヒドロキシエチル化酸変性デントコーン澱粉、および１０ｇの粉砕石膏硬化促進剤を含む乾燥成分を一緒によく混合した。次いで、この混合物を、４Ｌのワリングブレンダー中で２滴の凝固遅延剤と共に１２００ｇの温かい（華氏１０２度）水道水に加えた。この配合物を「低い」にセットして１０秒間ブレンドした。得られたスラリーを１２インチ×１２インチ×１／２インチの水平型内の紙包装材に注入し、ガラス板を用いて表面を１／２インチまで圧縮した。この試料を１０分以内で完全に凝固させ、型から取り外し、２５０℃の対流オーブン内に置いた。この試料をその初めの重量の７５％まで乾燥し、次いで、完全に乾燥するまで５０℃の対流オーブン内に置いた。
【００４９】
１０００ｇのスタッコ、グレイン・プロセッシング・コーポレーション（Ｇｒａｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）からの２０ｇのＣｏａｔｍａｓｔｅｒ  Ｋ５６Ｆヒドロキシエチル化酸変性デントコーン澱粉、および１０ｇの粉砕石膏硬化促進剤を含む乾燥成分を一緒によく混合した。次いで、この混合物を、４Ｌのワリングブレンダー中で２滴の凝固遅延剤と共に１２００ｇの温かい（華氏１０２度）水道水に加えた。この配合物を「低い」にセットして１０秒間ブレンドした。得られたスラリーを１２インチ×１２インチ×１／２インチの水平型内の紙包装材に注入し、ガラス板を用いて表面を１／２インチまで圧縮した。この試料を１０分以内で完全に凝固させ、型から取り外し、２５０℃の対流オーブン内に置いた。この試料をその初めの重量の７５％まで乾燥し、次いで、完全に乾燥するまで５０℃の対流オーブン内に置いた。
【００５０】
１０００ｇのスタッコ、グレイン・プロセッシング・コーポレーション（Ｇｒａｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）からの２０ｇのＣｏａｔｍａｓｔｅｒ  Ｋ５７Ｆヒドロキシエチル化酸変性デントコーン澱粉、および１０ｇの粉砕石膏硬化促進剤を含む乾燥成分を一緒によく混合した。次いで、この混合物を、４Ｌのワリングブレンダー中で２滴の凝固遅延剤と共に１２００ｇの温かい（華氏１０２度）水道水に加えた。この配合物を「低い」にセットして１０秒間ブレンドした。得られたスラリーを１２インチ×１２インチ×１／２インチの水平型内の紙包装材に注入し、ガラス板を用いて表面を１／２インチまで圧縮した。この試料を１０分以内で完全に凝固させ、型から取り外し、２５０℃の対流オーブン内に置いた。この試料をその初めの重量の７５％まで乾燥し、次いで、完全に乾燥するまで５０℃の対流オーブン内に置いた。
【００５１】
１０００ｇのスタッコ、グレイン・プロセッシング・コーポレーション（Ｇｒａｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）からの２０ｇのＣｏａｔｍａｓｔｅｒ  Ｋ５８Ｆヒドロキシエチル化酸変性デントコーン澱粉、および１０ｇの粉砕石膏硬化促進剤を含む乾燥成分を一緒によく混合した。次いで、この混合物を、４Ｌのワリングブレンダー中で２滴の凝固遅延剤と共に１２００ｇの温かい（華氏１０２度）水道水に加えた。この配合物を「低い」にセットして１０秒間ブレンドした。得られたスラリーを１２インチ×１２インチ×１／２インチの水平型内の紙包装材に注入し、ガラス板を用いて表面を１／２インチまで圧縮した。この試料を１０分以内で完全に凝固させ、型から取り外し、２５０℃の対流オーブン内に置いた。この試料をその初めの重量の７５％まで乾燥し、次いで、完全に乾燥するまで５０℃の対流オーブン内に置いた。
【００５２】
１０００ｇのスタッコ、グレイン・プロセッシング・コーポレーション（Ｇｒａｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）からの２０ｇのＣｏａｔｍａｓｔｅｒ  Ｋ５００ヒドロキシエチル化酸非変性デントコーン澱粉、および１０ｇの粉砕石膏硬化促進剤を含む乾燥成分を一緒によく混合した。次いで、この混合物を、４Ｌのワリングブレンダー中で２滴の凝固遅延剤と共に１２００ｇの温かい（華氏１０２度）水道水に加えた。この配合物を「低い」にセットして１０秒間ブレンドした。得られたスラリーを１２インチ×１２インチ×１／２インチの水平型内の紙包装材に注入し、ガラス板を用いて表面を１／２インチまで圧縮した。この試料を１０分以内で完全に凝固させ、型から取り外し、２５０℃の対流オーブン内に置いた。この試料をその初めの重量の７５％まで乾燥し、次いで、完全に乾燥するまで５０℃の対流オーブン内に置いた。
【００５３】
１０００ｇのスタッコ、ＡＥスタリー（Ｓｔａｌｅｙ）からの２０ｇのＥｔｈｙｌｅｘ２０６５ヒドロキシエチル化酸変性デントコーン澱粉、および１０ｇの粉砕石膏硬化促進剤を含む乾燥成分を一緒によく混合した。次いで、この混合物を、４Ｌのワリングブレンダー中で２滴の凝固遅延剤と共に１２００ｇの温かい（華氏１０２度）水道水に加えた。この配合物を「低い」にセットして１０秒間ブレンドした。得られたスラリーを１２インチ×１２インチ×１／２インチの水平型内の紙包装材に注入し、ガラス板を用いて表面を１／２インチまで圧縮した。この試料を１０分以内で完全に凝固させ、型から取り外し、２５０℃の対流オーブン内に置いた。この試料をその初めの重量の７５％まで乾燥し、次いで、完全に乾燥するまで５０℃の対流オーブン内に置いた。
【００５４】
１０００ｇのスタッコ、ＡＥスタリー（Ｓｔａｌｅｙ）からの１０ｇのＥｔｈｙｌｅｘ２０６５ヒドロキシエチル化酸変性デントコーン澱粉、および１０ｇの粉砕石膏硬化促進剤を含む乾燥成分を一緒によく混合した。次いで、この混合物を、４Ｌのワリングブレンダー中で２滴の凝固遅延剤と共に１２００ｇの温かい（華氏１０２度）水道水に加えた。この配合物を「低い」にセットして１０秒間ブレンドした。得られたスラリーを１２インチ×１２インチ×１／２インチの水平型内の紙包装材に注入し、ガラス板を用いて表面を１／２インチまで圧縮した。この試料を１０分以内で完全に凝固させ、型から取り外し、２５０℃の対流オーブン内に置いた。この試料をその初めの重量の７５％まで乾燥し、次いで、完全に乾燥するまで５０℃の対流オーブン内に置いた。
【００５５】
１０００ｇのスタッコ、ＡＥスタリー（Ｓｔａｌｅｙ）からの３０ｇのＥｔｈｙｌｅｘ２０６５ヒドロキシエチル化酸変性デントコーン澱粉、および１０ｇの粉砕石膏硬化促進剤を含む乾燥成分を一緒によく混合した。次いで、この混合物を、４Ｌのワリングブレンダー中で２滴の凝固遅延剤と共に１２００ｇの温かい（華氏１０２度）水道水に加えた。この配合物を「低い」にセットして１０秒間ブレンドした。得られたスラリーを１２インチ×１２インチ×１／２インチの水平型内の紙包装材に注入し、ガラス板を用いて表面を１／２インチまで圧縮した。この試料を１０分以内で完全に凝固させ、型から取り外し、２５０℃の対流オーブン内に置いた。この試料をその初めの重量の７５％まで乾燥し、次いで、完全に乾燥するまで５０℃の対流オーブン内に置いた。
【００５６】
１０００ｇのスタッコ、アブェベ（Ａｖｅｂｅ）からの２０ｇのＫｏｌｌｏｔｅｘヒドロキシエチル化酸変性じゃがいも澱粉、および１０ｇの粉砕石膏硬化促進剤を含む乾燥成分を一緒によく混合した。次いで、この混合物を、４Ｌのワリングブレンダー中で２滴の凝固遅延剤と共に１２００ｇの温かい（華氏１０２度）水道水に加えた。この配合物を「低い」にセットして１０秒間ブレンドした。得られたスラリーを１２インチ×１２インチ×１／２インチの水平型内の紙包装材に注入し、ガラス板を用いて表面を１／２インチまで圧縮した。この試料を１０分以内で完全に凝固させ、型から取り外し、２５０℃の対流オーブン内に置いた。この試料をその初めの重量の７５％まで乾燥し、次いで、完全に乾燥するまで５０℃の対流オーブン内に置いた。
【００５７】
１０００ｇのスタッコ、アブェベ（Ａｖｅｂｅ）からの２０ｇのアセチル化酸変性タピオカ澱粉、および１０ｇの粉砕石膏硬化促進剤を含む乾燥成分を一緒によく混合した。次いで、この混合物を、４Ｌのワリングブレンダー中で２滴の凝固遅延剤と共に１２００ｇの温かい（華氏１０２度）水道水に加えた。この配合物を「低い」にセットして１０秒間ブレンドした。得られたスラリーを１２インチ×１２インチ×１／２インチの水平型内の紙包装材に注入し、ガラス板を用いて表面を１／２インチまで圧縮した。この試料を１０分以内で完全に凝固させ、型から取り外し、２５０℃の対流オーブン内に置いた。この試料をその初めの重量の７５％まで乾燥し、次いで、完全に乾燥するまで５０℃の対流オーブン内に置いた。
【００５８】
ヒドロキシプロピル化澱粉類
１０００ｇのスタッコ、グレイン・プロセッシング・コーポレーション（Ｇｒａｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）からの２０ｇのＰｕｒＣｏｔｅ  Ｂ７６０ヒドロキシプロピル化酸変性デントコーン澱粉、および１０ｇの粉砕石膏硬化促進剤を含む乾燥成分を一緒によく混合した。次いで、この混合物を、４Ｌのワリングブレンダー中で２滴の凝固遅延剤と共に１２００ｇの温かい（華氏１０２度）水道水に加えた。この配合物を「低い」にセットして１０秒間ブレンドした。得られたスラリーを１２インチ×１２インチ×１／２インチの水平型内の紙包装材に注入し、ガラス板を用いて表面を１／２インチまで圧縮した。この試料を１０分以内で完全に凝固させ、型から取り外し、２５０℃の対流オーブン内に置いた。この試料をその初めの重量の７５％まで乾燥し、次いで、完全に乾燥するまで５０℃の対流オーブン内に置いた。
【００５９】
１０００ｇのスタッコ、２．３４％のヒドロキシプロピル化率を有する、ヒドロキシプロピル化酸変性デントコーン澱粉であるＩＣＢＭ  ＳＥ−２４を２０ｇ、および１０ｇの粉砕石膏硬化促進剤を含む乾燥成分を一緒によく混合した。次いで、この混合物を、４Ｌのワリングブレンダー中で２滴の凝固遅延剤と共に１２００ｇの温かい（華氏１０２度）水道水に加えた。この配合物を「低い」にセットして１０秒間ブレンドした。得られたスラリーを１２インチ×１２インチ×１／２インチの水平型内の紙包装材に注入し、ガラス板を用いて表面を１／２インチまで圧縮した。この試料を１０分以内で完全に凝固させ、型から取り外し、２５０℃の対流オーブン内に置いた。この試料をその初めの重量の７５％まで乾燥し、次いで、完全に乾燥するまで５０℃の対流オーブン内に置いた。
【００６０】
疎水性置換澱粉
１０００ｇのスタッコ、ナショナル・スターチ（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｔａｒｃｈ）からのヒドロキシエチル化酸変性もち状とうもろこし澱粉であるＦｉｌｍｋｏｔｅを２０ｇ、および１０ｇの粉砕石膏硬化促進剤を含む乾燥成分を一緒によく混合した。次いで、この混合物を、４Ｌのワリングブレンダー中で２滴の凝固遅延剤と共に１２００ｇの温かい（華氏１０２度）水道水に加えた。この配合物を「低い」にセットして１０秒間ブレンドした。得られたスラリーを１２インチ×１２インチ×１／２インチの水平型内の紙包装材に注入し、ガラス板を用いて表面を１／２インチまで圧縮した。この試料を１０分以内で完全に凝固させ、型から取り外し、２５０℃の対流オーブン内に置いた。この試料をその初めの重量の７５％まで乾燥し、次いで、完全に乾燥するまで５０℃の対流オーブン内に置いた。
【００６１】
ヒドロキシエチル対照試料／ユニロック実施例１
ユニロック実施例１
１０００ｇのスタッコ、グレイン・プロセッシング・コーポレーション（Ｇｒａｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）からの２００ｇのＣｏａｔｍａｓｔｅｒ  Ｋ５７Ｆヒドロキシエチル化澱粉、１０ｇの粉砕石膏硬化促進剤、および５ｇのスルホン化メラミンーホルムアルデヒド分散体を含む乾燥成分を一緒によく混合した。次いで、この混合物を、４Ｌのワリングブレンダー中で２滴の凝固遅延剤と共に１２００ｇの冷たい（華氏６０度）水道水に加えた。この配合物を「低い」にセットして１０秒間ブレンドした。得られたスラリーを１０インチ×１２インチ×１／４インチの型内に注入し、ドクターブレードを用いて表面を平らにした。この試料を１０分以内で完全に凝固させ、型から取り外し、２００℃の対流オーブン内に置いた。この試料をその初めの重量の７５％まで乾燥し、次いで、完全に乾燥するまで５０℃の対流オーブン内に置いた。
【００６２】
ガラス繊維
ユニロック実施例２
１０００ｇのスタッコ、グレイン・プロセッシング・コーポレーション（Ｇｒａｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）からの２００ｇのＣｏａｔｍａｓｔｅｒ  Ｋ５７Ｆヒドロキシエチル化澱粉、１／２インチのチョップト・ガラスストランドを２０ｇ、５ｇのスルホン化メラミンーホルムアルデヒド分散体、および２ｇの粉砕石膏硬化促進剤を含む乾燥成分を一緒によく混合した。次いで、この乾燥混合物を、４Ｌのワリングブレンダー中で２滴の凝固遅延剤と共に１３００ｇの冷たい（華氏６０度）水道水に加えた。この配合物を「低い」にセットして１０秒間ブレンドした。得られたスラリーを１０インチ×１２インチ×１／４インチの型内に注入し、ドクターブレードを用いて表面を平らにし、ガラス板でカバーした。この試料を１０分以内で完全に凝固させ、型から取り外し、２００℃の対流オーブン内に置いた。この試料をその初めの重量の７５％まで乾燥し、次いで、完全に乾燥するまで５０℃の対流オーブン内に置いた。
【００６３】
ユニロック実施例３
１０００ｇのスタッコ、グレイン・プロセッシング・コーポレーション（Ｇｒａｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）からの１００ｇのＣｏａｔｍａｓｔｅｒ  Ｋ５７Ｆヒドロキシエチル化澱粉、１／２インチのチョップト・ガラスストランドを１５ｇ、５ｇのスルホン化メラミンーホルムアルデヒド分散体、および２ｇの粉砕石膏硬化促進剤を含む乾燥成分を一緒によく混合した。次いで、この乾燥混合物を、４Ｌのワリングブレンダー中で２滴の凝固遅延剤と共に１３００ｇの冷たい（華氏６０度）水道水に加えた。この配合物を「低い」にセットして１０秒間ブレンドした。得られたスラリーを１０インチ×１２インチ×１／４インチの型内に注入し、ドクターブレードを用いて表面を平らにした。この試料を１０分以内で完全に凝固させ、型から取り外し、２００℃の対流オーブン内に置いた。この試料をその初めの重量の７５％まで乾燥し、次いで、完全に乾燥するまで５０℃の対流オーブン内に置いた。
【００６４】
ユニロック実施例４（セルロースエーテルを用いた）
１０００ｇのスタッコ、グレイン・プロセッシング・コーポレーション（Ｇｒａｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）からの１００ｇのＣｏａｔｍａｓｔｅｒ  Ｋ５７Ｆヒドロキシエチル化澱粉、１／２インチのチョップト・ガラスストランドを２０ｇ、Ｃｕｌｍｉｎａｌからの溶解を遅らせる表面処理ヒドロキシエチルメチルセルロース（ＨＥＭＣ  １５ｋＰＦＲ）を２０ｇ、５ｇのスルホン化メラミンーホルムアルデヒド分散体、および２ｇの粉砕石膏硬化促進剤を含む乾燥成分を一緒によく混合した。次いで、この乾燥混合物を、４Ｌのワリングブレンダー中で２滴の凝固遅延剤と共に１３００ｇの冷たい（華氏６０度）水道水に加えた。この配合物を「低い」にセットして１０秒間ブレンドした。得られたスラリーを１０インチ×１２インチ×１／４インチの型内に注入し、ドクターブレードを用いて表面を平らにし、ガラス板でカバーした。この試料を１０分以内で完全に凝固させ、型から取り外し、２００℃の対流オーブン内に置いた。この試料をその初めの重量の７５％まで乾燥し、次いで、完全に乾燥するまで５０℃の対流オーブン内に置いた。
【００６５】
ユニロック実施例５（木材繊維類）
１０００ｇのスタッコ、グレイン・プロセッシング・コーポレーション（Ｇｒａｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）からの２００ｇのＣｏａｔｍａｓｔｅｒ  Ｋ５７Ｆヒドロキシエチル化澱粉、６０ｇの湿りリサイクル紙パルプ（乾燥繊維として２０ｇ）、５ｇのスルホン化メラミンーホルムアルデヒド分散体、および５ｇの粉砕石膏硬化促進剤を含む乾燥成分を一緒によく混合した。次いで、この乾燥混合物を、４Ｌのワリングブレンダー中で２滴の凝固遅延剤と共に１３００ｇの冷たい（華氏６０度）水道水に加えた。この配合物を「低い」にセットして１０秒間ブレンドした。得られたスラリーを１０インチ×１２インチ×１／４インチの型内に注入し、ドクターブレードを用いて表面を平らにした。この試料を１０分以内で完全に凝固させ、型から取り外し、２００℃の対流オーブン内に置いた。この試料をその初めの重量の７５％まで乾燥し、次いで、完全に乾燥するまで５０℃の対流オーブン内に置いた。
【００６６】
ユニロック実施例６（セルロースエーテルを有するガラス繊維類および木材繊維類）
１０００ｇのスタッコ、グレイン・プロセッシング・コーポレーション（Ｇｒａｉｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）からの１００ｇのＣｏａｔｍａｓｔｅｒ  Ｋ５７Ｆヒドロキシエチル化澱粉、湿りリサイクル紙パルプ３０ｇ（乾燥繊維として１０ｇ）、Ｃｕｌｍｉｎａｌからの溶解を遅らせる表面処理ヒドロキシエチルメチルセルロース（ＨＥＭＣ  １５ｋＰＦＲ）２０ｇ、１／２インチのチョップト・ガラスストランドを１０ｇ、５ｇのスルホン化メラミンーホルムアルデヒド分散体、および２ｇの粉砕石膏硬化促進剤を含む乾燥成分を一緒によく混合した。次いで、この乾燥混合物を、４Ｌのワリングブレンダー中で２滴の凝固遅延剤と共に１３００ｇの冷たい（華氏６０度）水道水に加えた。この配合物を「低い」にセットして１０秒間ブレンドした。得られたスラリーを１０インチ×１２インチ×１／４インチの型内に注入し、ドクターブレードを用いて表面を平らにし、ガラス板でカバーした。この試料を１０分以内で完全に凝固させ、型から取り外し、２００℃の対流オーブン内に置いた。この試料をその初めの重量の７５％まで乾燥し、次いで、完全に乾燥するまで５０℃の対流オーブン内に置いた。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】所望の強度要件を達成している添加した澱粉エーテルの重量％対百万平方フィート（ＭＳＦ）あたりのポンド（ｌｂｓ）単位の板重量（ＢＤＷＴ）のグラフを示し、この図は添加した澱粉エーテル（ＳＥ）の重量％対ドル単位の板の相対コストのグラフが重ね合わされている。
【図２Ａ】酸変性澱粉（Ａｃｉｄ−ｍｏｄ）、ヒドロキシエチル澱粉エーテル（ＨＥ澱粉）、疎水性澱粉エーテル（疎水性ＳＥ）、およびヒドロキシプロピルメチルセルロース（ＨＰＭＣ）の添加剤重量％（添加剤レベル）に対する板比重における釘抜き抵抗の相対的増加を比較している。
【図２Ｂ】図２Ａで比較された同じ添加剤の百万平方フィートあたりの追加のコスト（コスト／ＭＳＦ）に対する板比重における釘抜き抵抗の相対的％増加を比較している。
【図１】
2007535583.tif 000006
【図２Ａ】
2007535583.tif 000007
【図２Ｂ】
2007535583.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成17年11月3日(2005.11.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの置換基をある置換度で有する置換澱粉、
無機相、および
水を含む有機・無機複合材であって、
前記無機相、前記置換澱粉および前記水が一緒に混合されて混合物が形成され、前記無機相は少なくとも一部が前記水により水和され、前記置換度および前記少なくとも１つの置換基は、前記置換澱粉が混合温度で混合される間には溶解しないが、前記混合物処理の間に温度が上がると少なくとも一部が溶解し、前記有機・無機複合材の全体にほぼ分散した膜を形成し、前記有機・無機複合材が十分強くなるように、選択される有機・無機複合材。
【請求項２】
前記少なくとも１つの置換基が、エーテル置換基およびエステル置換基からなる複数の置換基から選択される請求項１に記載の有機・無機複合材。
【請求項３】
前記少なくとも１つの置換基が、エステル置換基からなる複数の置換基から選択される請求項２に記載の有機・無機複合材。
【請求項４】
前記少なくとも１つの置換基が、エーテル置換基からなる複数の置換基から選択される請求項２に記載の有機・無機複合材。
【請求項５】
前記少なくとも１つの置換基が、アルキル置換基、こはく酸エチル置換基、カチオン性置換基、アニオン性置換基、およびそれらの組み合わせからなる複数の置換基から選択される請求項１に記載の有機・無機複合材。
【請求項６】
前記置換澱粉が、ヒドロキシエチル化、ヒドロキシプロピル化、またはアセチル化されている請求項１に記載の有機・無機複合材。
【請求項７】
前記少なくとも１つの置換基が、前記置換澱粉が前記水和無機相上に膜を形成するように、膜形成性および親水性であるように選択される請求項１に記載の有機・無機複合材。
【請求項８】
前記置換澱粉が、浸透性のポリマー膜を形成する請求項１に記載の有機・無機複合材。
【請求項９】
前記少なくとも１つの置換基で、前記置換度が、粘度１０００ｃｐｓにおける固体重量％が少なくとも４％であるように選択される請求項１に記載の有機・無機複合材。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの置換基で、前記置換度が、粘度１０００ｃｐｓおよび温度華氏１５０度における固体重量％が９％〜４３％の範囲にあるように選択される請求項９に記載の有機・無機複合材。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの置換基がヒドロキシプロピル基であり、粘度１０００ｃｐｓおよび温度華氏１５０度における固体重量％が１４％〜２０％の範囲にあるように、前記置換度が選択される請求項９に記載の有機・無機複合材。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの置換基がヒドロキシエチル基であり、粘度１０００ｃｐｓおよび温度華氏１５０度における固体重量％が１７％〜３０％の範囲にあるように、前記置換度が選択される請求項９に記載の有機・無機複合材。
【請求項１３】
前記ヒドロキシエチル基の前記置換度が、粘度１０００ｃｐｓおよび温度華氏１５０度における固体重量％が１７％〜２１％の範囲にあるように選択される請求項１２に記載の有機・無機複合材。
【請求項１４】
前記置換度が０．３未満である請求項１２に記載の有機・無機複合材。
【請求項１５】
前記置換度が６重量％未満である請求項１２に記載の有機・無機複合材。
【請求項１６】
前記置換度が１〜３重量％の範囲にあるように選択される請求項１２に記載の有機・無機複合材。
【請求項１７】
前記置換澱粉が少なくとも一部はアミロペクチンを含んでいる請求項１の有機・無機複合材。
【請求項１８】
前記置換澱粉のほぼ全体がアミロペクチンである請求項１７の有機・無機複合材。
【請求項１９】
前記置換澱粉のほぼ全体が溶解し、ポリマー膜を形成する請求項１に記載の有機・無機複合材。
【請求項２０】
前記置換澱粉が、疎水性変性され酸分解されたもち状のとうもろこし澱粉である請求項１に記載の有機・無機複合材。
【請求項２１】
前記置換澱粉が酸分解澱粉であり、前記少なくとも１つの置換基がヒドロキシプロピル基である請求項１に記載の有機・無機複合材。
【請求項２２】
前記置換度が１．５〜２．５重量％のヒドロキシプロピルの範囲で選択される請求項２１に記載の有機・無機複合材。
【請求項２３】
前記置換澱粉が、アセチル化され、酸分解されたもち状のとうもろこし澱粉である請求項１に記載の有機・無機複合材。
【請求項２４】
前記置換澱粉の量が、前記置換澱粉および無機相の重量の２重量％程度である請求項１に記載の有機・無機複合材。
【請求項２５】
前記有機・無機複合材のほぼ全体に分散した繊維類をさらに含む請求項１に記載の有機・無機複合材。
【請求項２６】
前記繊維類がガラス繊維である請求項２５に記載の有機・無機複合材。
【請求項２７】
曲げ強度が相乗的に改善されるように選択されたセルロースエーテル添加剤をさらに含む請求項１に記載の有機・無機複合材。
【請求項２８】
前記セルロースエーテルが、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カチオン性セルロース、カルボキシメチルセルロースおよびこれらの組み合わせからなるセルロースエーテル類の群から選択される請求項２７に記載の有機・無機複合材。
【請求項２９】
前記セルロースエーテルがヒドロキシプロピルメチルセルロースである請求項２８に記載の有機・無機複合材。
【請求項３０】
混合温度範囲を有するプロセスを用いて有機・無機複合材物品を調製する方法であって、前記方法が、
置換澱粉が前記混合温度範囲において水に不溶であるような置換度、重合度および少なくとも１つの置換基を有する前記置換澱粉を選択する工程、
前記混合温度範囲内の温度における連続プロセスにおいて、前記置換澱粉、無機相および水を混合する工程、
前記複合材物品を成形する工程、
前記無機相の少なくとも一部を水和する工程、
前記混合温度範囲より上に温度を上げる工程であって、前記置換澱粉は少なくとも一部が前記水に溶解し、および
前記置換澱粉が前記複合材物品内で連続ポリマー膜を形成するように前記複合材物品を凝固させて乾燥する工程
を含む方法。
【国際調査報告】
2007535583.tif 000009