專利名稱：透明蠟燭及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種透明蠟燭，其基底材料，和制備該基底的方法。
相關(guān)申請(qǐng)本發(fā)明要求美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)60/538363的申請(qǐng)日2004年1月21日的權(quán)益。
背景技術(shù)：
為了能夠維持火焰，避免表面池著火，并且防止過量的滴下物或者燭體熔融，燃燒蠟燭涉及一個(gè)過程，此過程對(duì)燭體材料提出了非常嚴(yán)格的要求。當(dāng)蠟燭燃燒時(shí)，蠟燭火焰的熱量使?fàn)T體材料(基底材料)圍繞著燭芯暴露部分的底部融化成一個(gè)小池。然后通過毛細(xì)管作用汲取該熔融材料通過并且沿著燭芯來給火焰提供燃料。為了滿足燭體材料必需具有的嚴(yán)格要求，該蠟燭應(yīng)該在由蠟燭火焰的輻射熱引起的蠟燭材料升高到的溫度或在該溫度之下液化。如果熔融燭體材料所需要的溫度太高，則因?yàn)椴怀渥愕娜剂蠈⑼ㄟ^燭芯汲取上來，該火焰將供料不足，導(dǎo)致火焰太小而不能維持其自身。
另一方面，如果蠟燭的熔融溫度太低，則該蠟燭將會(huì)滴液，或者，在極端的情況下，整個(gè)燭體將會(huì)熔融，使?fàn)T芯落入熔融燭體材料池中，其潛在隱患是該池的表面可能著火。
另外，為了滿足燭體材料的嚴(yán)格要求，當(dāng)熔融的時(shí)候，該材料應(yīng)該具有相對(duì)低的粘度來確保該熔融材料能夠通過毛細(xì)管作用經(jīng)過燭芯被汲取上來。其他所需的一些特性對(duì)這些已經(jīng)非常嚴(yán)格的必要條件提出了更進(jìn)一步的要求。例如，通常希望燭體材料以明亮并且無煙的火焰燃燒，并且由燃燒所產(chǎn)生的氣味不應(yīng)該是令人不愉快的。這些特征要求用來制造這樣的蠟燭的組合物滿足更進(jìn)一步的物理要求。
此外，當(dāng)希望得到透明蠟燭的時(shí)候，用來制造這樣的蠟燭的組合物必需滿足另外的物理要求。目前已知的用來制造透明蠟燭的組合物通常具有一種或多種不合需要的特性。特別是，這樣的組合物通常不具有足夠的硬度來形成自撐式蠟燭，并且需要某種容器或外部支撐。這樣的容器蠟燭通常還具有不合需要的特性，例如在運(yùn)送過程中制備它們的凝膠組合物漂移的潛在可能性。已知的用于制造透明蠟燭的組合物通常還具有不合要求的凝膠狀或多油的觸覺。另外，這樣的組合物可能在燃燒的過程中變黑或冒煙，這從美觀的角度來說是不合要求的。由現(xiàn)有技術(shù)的蠟燭基底材料制得的透明蠟燭還表現(xiàn)出不合要求的外部裂縫和/或內(nèi)部破裂。對(duì)具有改進(jìn)性能特征的透明蠟燭存在需要。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明涉及一種透明棕櫚蠟燭，其中該蠟燭的基底材料是具有結(jié)構(gòu)I的酯，
其中Ri獨(dú)立地是C9-C29烷基，尤其是C13，C15，和C17烷基?；柞ゲ牧峡梢耘c該領(lǐng)域已知的各種功能性的和有美化作用的添加劑結(jié)合。
另一方面，本發(fā)明涉及制備具有結(jié)構(gòu)I的酯類蠟燭基底材料的方法，其包括步驟使摩爾量的二(三羥甲基丙烷)，酯化催化劑，和至少一種摩爾量至少等于二(三羥甲基丙烷)的摩爾量約四倍的化學(xué)式為RCOOH的脂肪酸混合，其中，R是具有約9-29個(gè)碳原子的直鏈或支鏈烷基；將該混合物加熱到反應(yīng)溫度持續(xù)一段反應(yīng)時(shí)間，在該段反應(yīng)時(shí)間中，摩爾量等于混合的二(三羥甲基丙烷)的摩爾量約四倍的水被蒸餾出來；分離出具有結(jié)構(gòu)I的酯。
具體實(shí)施例方式
此處所使用的與測(cè)定量有關(guān)的，“約”是指在進(jìn)行測(cè)量以及進(jìn)行與測(cè)量目的和所使用的設(shè)備相稱的檢修程度相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域中的熟練技術(shù)人員能夠預(yù)測(cè)的測(cè)定量的變化。
此處用于與色彩相關(guān)的，APHA是指眾所周知的加德納(Gardner)色標(biāo)。
此處用于與本發(fā)明的透明蠟燭相關(guān)的，“透明”意味著基本上沒有陰暗或混濁，從而使蠟燭體以能夠讓光以基本上沒有阻礙的方式通過的能力，以及使著色劑加入到該組合物中而不引起混濁或降低蠟燭以基本上沒有阻礙的方式讓光通過的能力為特征。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，“透明”是指使用本發(fā)明的酯制作的蠟燭在4英寸厚度中的透光度為至少約80％。對(duì)透明蠟燭組合物增加另外一個(gè)要求，如果透明蠟燭能夠被用作香料載體的組合物，其可用來擴(kuò)散被選擇的香料例如驅(qū)蟲劑，也將是合乎需要的。
此處用于與本發(fā)明的透明蠟燭相關(guān)的，燃燒速度是指以克每小時(shí)測(cè)度的，并且通過相關(guān)的ASTM方法測(cè)定的燃燒消耗速度。本發(fā)明的透明蠟燭具有約3.0到約5.0gl hr的燃燒速度。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明得到了大部分由來源于能夠再生的植物資源的原材料制作的透明蠟燭。這樣的蠟燭在本文中被稱為透明棕櫚蠟燭或簡(jiǎn)單地稱為透明蠟燭。雖然很多種類的棕櫚的不同部分是用于實(shí)施本發(fā)明的原材料的豐富來源，但是冠名棕櫚并不要求該原材料實(shí)際上全部或甚至部分來源于棕櫚。
本發(fā)明的透明棕櫚蠟燭基本上是由具有結(jié)構(gòu)I的二(三羥甲基丙烷)的酯制作的?！盎旧现频谩毖酝庵馐窃撓灎T包括至少約50％且優(yōu)選至少約80％的結(jié)構(gòu)I的酯。

在結(jié)構(gòu)I中，R1，R2，R3，和R4中的每一個(gè)都可以是具有約9(C9烷基)至約29(C29烷基)個(gè)碳原子的直鏈或支鏈烷基。熟練的技術(shù)人員將理解在將烷基稱為“Cn”烷基中，“n”是標(biāo)稱值，基本上并且優(yōu)選整數(shù)。然而，尤其是在將基本上來源于天然植物資源的市售原材料用于本發(fā)明操作中的實(shí)施方案中，Cn烷基可以包括具有比“n”的碳原子多一點(diǎn)或少一點(diǎn)的烷基。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，R1，R2，R3，和R4獨(dú)立地是C13，C15，或C17烷基。在特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明的透明棕櫚蠟燭將基本上由具有結(jié)構(gòu)I的酯組成，其中，平均，所有結(jié)合的R基的重量的10％是直鏈C17烷基；所有結(jié)合的R基的重量的35％是直鏈C13烷基；且所有結(jié)合的R基的重量的55％是直鏈C15烷基。當(dāng)然，在具有結(jié)構(gòu)I的酯的試樣中的任何隨意選擇的單個(gè)分子可以包含較高或較低百分比的特定的直鏈Cn烷基，只要“n”的平均值(大量分子得來的統(tǒng)計(jì)意義上的)和所引用的百分比基本上對(duì)應(yīng)。
在結(jié)構(gòu)I中R基團(tuán)的選擇，以及它們的相對(duì)百分?jǐn)?shù)特別取決于將要制造的蠟燭是自立的柱型還是容器型。棕櫚與硬脂的比率優(yōu)選是70％棕櫚和30％硬脂。
本發(fā)明的透明棕櫚蠟燭基本上是由具有結(jié)構(gòu)I的酯構(gòu)成的(即，至少該蠟燭的約50％并且優(yōu)選至少80％是由這樣的酯構(gòu)成的)。本發(fā)明的透明蠟燭還包括除了具有結(jié)構(gòu)I的酯以外的成分。這些成分和它們的功能對(duì)于熟練技術(shù)人員是已知的，并且描述于，例如，全文結(jié)合在此作為參考的美國(guó)專利5,843,194中。例如，該透明棕櫚蠟燭還可以包括天然石蠟(主要是C14-C30的鏈烷烴)，合成石蠟(例如，α烯烴系列C-20-30)，氫化的植物油(例如，大豆，椰子，棕櫚等等)，或者這些物質(zhì)的混合物。
本發(fā)明的透明蠟燭還可以包括例如本領(lǐng)域公知的抑煙劑。氫化的SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)嵌段共聚物，例如KratonTMG熱塑性彈性體(Kraton Polymers，Houston TX)可以使用于該目的。
本發(fā)明的透明蠟燭可以進(jìn)一步包括香料并且，尤其是著色劑或表觀改進(jìn)劑。本發(fā)明的透明蠟燭非常適合包括著色劑和其它表觀改進(jìn)劑。
適合用于本發(fā)明的蠟燭中的香料包括，例如，來自于NovilleCorp.，South Hackensack，N.J的香茅，AN114351 Sweet Peach，AN114349Mountain Berry，AN114350 Country Garden，AN114462 Lavender Meadows，AN114463 Strawberries′N Cream和AN114215 Vanilla。這些香料通常是以約1wt.％-5wt.％的范圍被加入的，選擇此水平是為了獲得所需的布散能力。除了香料外可以加入驅(qū)蟲劑，或者可以用驅(qū)蟲劑代替香料。合適的驅(qū)蟲劑的非限制性例子包括香茅，鄰苯二甲酸二甲酯和N，N-二甲基-m-甲苯甲酰胺。本發(fā)明的透明棕櫚蠟燭可以包括高達(dá)10％-20％的香料。
著色劑(色料)和其它表觀改進(jìn)劑，包括裝飾劑，增進(jìn)了蠟燭的美感，包括當(dāng)其燃燒的時(shí)候。優(yōu)選該著色劑是液體染料。然而也可以使用粉末和其它形式的染料。含有一種或多種著色劑的組合物優(yōu)選保持本身透明，非常像透明的有色寶石例如紅寶石或翡翠。
本發(fā)明的透明組合物還可以包含一種或多種裝飾材料，其優(yōu)選產(chǎn)生所需要的美感外觀。可以加入到本發(fā)明的組合物中的裝飾材料種類的非限制性例子包括發(fā)光片，閃光粒，絲帶，小石蠟裝飾物，等等。
本發(fā)明的透明蠟燭還可以包括表面粘性降低劑，它們優(yōu)選自由以下物質(zhì)構(gòu)成的組12-羥基硬脂酸，12-羥基硬脂酸甲酯，12-羥基硬脂酸乙酯，12-羥基硬脂酸硬脂酰酯，12-羥基硬脂酸芐酯，12-羥基硬脂酸酰胺，12-羥基硬脂酸的異丙酰胺，12-羥基硬脂酸的丁酰胺，12-羥基硬脂酸的芐基酰胺，12-羥基硬脂酸的苯基酰胺，12-羥基硬脂酸的叔丁酰胺，12-羥基硬脂酸的環(huán)己酰胺，12-羥基硬脂酸的1-金剛烷酰胺，12-羥基硬脂酸的2-金剛烷酰胺，12-羥基硬脂酸的二異丙基酰胺，以及它們的混合物，更優(yōu)選，12-羥基硬脂酸，12-羥基硬脂酸的異丙酰胺，以及它們的混合物。特別優(yōu)選的表面粘性降低試劑包括從Union Camp，Jacksonville，F(xiàn)la.購得的12-羥基硬脂酸CENWAXTMA，或甲基-12-羥基硬脂酸酯CENWAXTMME。透明蠟的配方可以包括至多約4％(重量百分比)的表面粘性降低劑。更優(yōu)選，如果存在的話，透明蠟燭的配方包括約0.8-約1.5％(重量百分比)的表面粘性降低劑。
像柱型(自立型)或者容器型蠟燭一樣，在本發(fā)明的透明棕櫚蠟燭的配方和生產(chǎn)中可以使用溶劑。適合用于生產(chǎn)本發(fā)明的蠟燭的溶劑包括二甘醇二苯甲酸酯加上二辛基，二-(2-乙基己基)對(duì)苯二甲酸酯，DEHT，對(duì)苯二甲酸二(2-乙基己基)酯，1，4-苯二羧酸，和2-乙基己基酯。優(yōu)選的溶劑包括苯甲酸芐酯，硬脂酸丁酯，羥基硬脂酸辛酯，異十八醇，和所有的天然油，例如大豆和玉米油，在這里僅僅提及這兩種。一些低摩爾乙氧基化的表面活性劑也可以在本發(fā)明的透明棕櫚蠟燭的配方和生產(chǎn)中用作溶劑。
通過常規(guī)實(shí)驗(yàn)，熟練的技術(shù)人員將會(huì)知道根據(jù)特定的選擇或者依據(jù)具有結(jié)構(gòu)I的酯中的R基，所使用的其它添加劑和成分，以及所要制備的蠟燭的類型，來選擇溶劑的種類和量。
本發(fā)明的透明蠟燭不要求至少一根燭芯來燃燒。然而，使用至少一根燭芯是優(yōu)選的。本發(fā)明蠟燭的至少一根燭芯是由燭芯材料制得的。在制備美觀合意的透明蠟燭中，燭芯材料的選擇是很重要的。畢竟，燭芯是完全看得見的。優(yōu)選的燭芯包含棉芯，據(jù)觀察這樣的燭芯提供了燃燒特性的最希望得到的結(jié)合，尤其是關(guān)于例如煙，光澤，香味散發(fā)和燃燒速度的特性。然而，根據(jù)本發(fā)明，也可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其它種類的合適燭芯。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的合適的燭芯和燭芯材料的非限制性例子是可以從Atkins-Pearce of Covington，Ky購得的。優(yōu)選的燭芯是從Atkins&Pierce購得的HTP/performa系列以及從Wedo Germany購得的FNST2系列的那些。用各種化學(xué)鹽的浸漬工藝有助于燭芯在燃燒同時(shí)自我調(diào)整。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了制備具有結(jié)構(gòu)I的酯的方法，該方法包括步驟使摩爾量的二(三羥甲基丙烷)，酯化催化劑，與至少一種摩爾量至少等于二(三羥甲基丙烷)的摩爾量約四倍的化學(xué)式為RCOOH的脂肪酸混合，其中，R是具有約9-約29個(gè)碳原子的直鏈或支鏈烷基；將該混合物加熱到反應(yīng)溫度并持續(xù)一段反應(yīng)時(shí)間，在該段反應(yīng)時(shí)間中，將摩爾量等于混合的二(三羥甲基丙烷)的摩爾量約四倍的水蒸餾出來；并且，分離出具有結(jié)構(gòu)I的酯。
合適的酯化催化劑包括氧化二丁錫，鈦酸四異丙酯，對(duì)甲基苯磺酸，甲磺酸，氯化鋅，三氟化硼，丹寧酸，和硫酸氫鈉。鈦酸四異丙酯是優(yōu)選的酯化催化劑。
通常，在150℃-210℃的反應(yīng)溫度下，將二(三羥甲基丙烷)與至少一種脂肪酸的混合物(有和沒有酯化催化劑的條件下)加熱反應(yīng)一段時(shí)間，足以蒸餾出摩爾量等于混合的二(三羥甲基丙烷)的摩爾量約四倍的水，從而使得存在于混合物中的所有脂肪酸上的羧酸基團(tuán)幾乎都被酯化。結(jié)構(gòu)I的酯可通過本領(lǐng)域公知的任何方法分離。
在下面的非限制性例子中進(jìn)一步描述了本發(fā)明，確切的說它的實(shí)施方案。
實(shí)施例1根據(jù)本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施方案，根據(jù)下面的化學(xué)反應(yīng)(如下面的化學(xué)結(jié)構(gòu)所示)制備透明棕櫚蠟燭化學(xué)反應(yīng)(酯化)二(三羥甲基丙烷) 酯化產(chǎn)物(蠟燭基底)在有酯化催化劑(鈦酸四異丙酯)參與或加熱的情況下，所使用的脂肪酸是棕櫚酸(C16脂肪酸)；硬脂酸(C18脂肪酸)；肉豆蔻酸(C14脂肪酸)。
將反應(yīng)物放入反應(yīng)器中(一(1)摩爾多元醇和四(4)摩爾脂肪酸；引入催化劑以加速反應(yīng)速度)。使用熱油作為熱源進(jìn)行加熱。將反應(yīng)物蒸煮約16個(gè)小時(shí)，在該時(shí)間段內(nèi)將反應(yīng)的水蒸發(fā)掉。
實(shí)施例2在140-150下，使下面的配方混合并且將溫?zé)岬幕旌衔锏谷牒袪T芯的模具中。

1)根據(jù)實(shí)施例1的方法制備的2)C12-C1權(quán)利要求
1.一種透明蠟燭，其包括具有化學(xué)式I的酯， 其中R1，R2，R3，和R4獨(dú)立地是具有約9至約29個(gè)碳原子的直鏈或支鏈烷基。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透明蠟燭，其中R1，R2，R3，和R4獨(dú)立地是直鏈C13，C15，或C17烷基。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的透明蠟燭，其中所有結(jié)合的R基重量的約10％是直鏈C17烷基；所有結(jié)合的R基重量的約35％是直鏈C13烷基；所有結(jié)合的R基重量的約55％是直鏈C15烷基。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的透明蠟燭，其具有約55℃-60℃的燃燒池溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的透明蠟燭，其具有至少80％的光學(xué)透明度。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的透明蠟燭，其中根據(jù)加德納色標(biāo)，其具有約-1的色數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的透明蠟燭，其具有每小時(shí)約3.0至約50克的燃燒速度。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的透明蠟燭，其進(jìn)一步包括至少一種合成蠟，石蠟，或氫化油。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的透明蠟燭，其進(jìn)一步包括至少一種選自由下列物質(zhì)構(gòu)成的組的添加劑香料，著色劑，驅(qū)蟲劑，和粘度降低劑。
10.一種制備具有結(jié)構(gòu)I的酯的方法， 其中R1，R2，R3，和R4中的每一個(gè)基團(tuán)獨(dú)立地是具有約9至約19個(gè)碳原子的直鏈或支鏈烷基，該方法包括步驟a)使摩爾量的二(三羥甲基丙烷)，酯化催化劑，與至少一種摩爾量至少等于二(三羥甲基丙烷)的摩爾量約四倍的化學(xué)式為RCOOH的脂肪酸混合，其中，R是具有約9至約29個(gè)碳原子的直鏈或支鏈烷基；b)將該混合物加熱到反應(yīng)溫度并持續(xù)一段反應(yīng)時(shí)間，在該段反應(yīng)時(shí)間中，將摩爾量等于混合的二(三羥甲基丙烷)的摩爾量約四倍的水蒸餾出來，并且c)分離出具有結(jié)構(gòu)I的酯。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中酯化催化劑選自由下列物質(zhì)構(gòu)成的組氧化二丁錫，鈦酸四異丙酯，對(duì)甲基苯磺酸，甲磺酸，氯化鋅，三氟化硼，丹寧酸，和硫酸氫鈉。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中酯化催化劑是鈦酸四異丙酯。
13.含有根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法制備的酯的透明蠟燭。
14.一種透明蠟燭，其包含a)具有結(jié)構(gòu)I的酯， 其中R1，R2，R3，和R4獨(dú)立地是直鏈C13，C15，或C17烷基，前提條件是所有結(jié)合的R基重量的約35％是直鏈C13烷基；所有結(jié)合的R基重量的約55％是直鏈C15烷基；并且所有結(jié)合的R基重量的約10％是直鏈C17烷基；b)表面粘性降低劑，c)抑制劑，和d)合成蠟或石蠟。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的透明蠟燭，其進(jìn)一步包括選自于香料和著色劑中的至少一種的添加劑。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的透明蠟燭，其進(jìn)一步包括燭芯。
全文摘要
提供了一種基本上由二(三羥甲基丙烷)的四元酯構(gòu)成的透明蠟燭。
文檔編號(hào)C10L7/00GK1997728SQ200580002665
公開日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2005年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月21日
發(fā)明者杰拉爾德·阿里森, 埃爾吉尼奧·費(fèi)爾南德斯, 喬納森·迪安 申請(qǐng)人:弗門尼舍有限公司, 克里爾瓦克斯股份有限公司