專利名稱：酯的制備方法以及含有該酯的透明蠟燭的制作方法
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(guò)量的滴下物或者燭體熔融，燃燒 蠟燭涉及一個(gè)過(guò)程，此過(guò)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(guò)毛細(xì) 管作用汲取該熔融材料通過(guò)并且沿著燭芯來(lái)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^(guò)燭芯汲取上 來(lái)，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(lái)確保該熔融材料能夠通過(guò)毛細(xì)管作用經(jīng)過(guò)燭芯被汲取上來(lái)。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(wú)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(lái)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(lái)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(lái)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(lái)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(guò)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(jué)。另外，這樣的組合物可能在燃燒的過(guò)程中變黑或冒煙，這從美觀的角度 來(lái)說(shuō)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
3 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(lái)；分離出具有結(jié)構(gòu)I的
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(méi)有陰暗或混濁，從 而使蠟燭體以能夠讓光以基本上沒(méi)有阻礙的方式通過(guò)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(méi)有阻礙的方式讓光通過(guò)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(lái)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(guò)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. Ogl 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(lái)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(lái)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(lái)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。“基本上制得”言外之意是該蠟燭包括至少約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, R3JPR4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，“η” 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(lái)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“η”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“η”的平均值 (大量分子得來(lái)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-C3tl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Kraton G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(lái)自于Noville Corp.， South Hackensack, N. J 的香茅，AN114351Sweet Peach, AN114349Mountain Berry, AN114350Country Garden, AN114462Lavender Meadows, ANl 14463Strawberries ' N Cream和AN114215Vanilla。這些香料通常是以約lwt. % -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?？梢约尤氲奖景l(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, Fla.購(gòu)得的 12-羥基硬脂酸 CENWAX A，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(guò)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(lái)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(lái)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(gòu)得的。優(yōu)選的燭芯是從Atkins&Pierce購(gòu)得的HTP/performa系列以及從 Wedo Germany購(gòu)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
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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(lái)；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°C _210°C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(méi)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(guò)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(shuō)它的實(shí)施方案。實(shí)施例1 根據(jù)本發(fā)明方法的-示)制備透明棕櫚蠟燭化學(xué)反應(yīng)(酯化)二(三羥甲基丙烷)
CH2OHCH2OH
CH3-CH2-C -CH2-0-CH2- C - CH2-CH3 + Ci4 (脂肪酸)+ Ci6 < 脂肪酸)
卜實(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
CH2OH
CH2OH
催化劑
R2R3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° F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。
10%---1)根據(jù)實(shí)施例1的方法制備的2) C12-C1權(quán)利要求
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(lái)，并且c)分離出具有結(jié)構(gòu)I的酯。FSA00000211526400011.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1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。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中酯化催化劑是鈦酸四異丙酯。
4.含有根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法制備的酯的透明蠟燭。
全文摘要
本發(fā)明提供酯的制備方法以及含有該酯的透明蠟燭。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；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(lái)，并且c)分離出具有結(jié)構(gòu)I的酯。
文檔編號(hào)C07C69/33GK101914017SQ201010240528
公開日2010年12月15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)明者喬納森·迪安, 埃爾吉尼奧·費(fèi)爾南德斯, 杰拉爾德·阿里森 申請(qǐng)人:弗門尼舍有限公司;克里爾瓦克斯股份有限公司