CN101914017A - 酯的制备方法以及含有该酯的透明蜡烛 - Google Patents

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埃尔吉尼奥·费尔南德斯
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Abstract

本发明提供酯的制备方法以及含有该酯的透明蜡烛。该方法包括步骤：a)使摩尔量的二(三羟甲基丙烷)、酯化催化剂与至少一种摩尔量至少等于二(三羟甲基丙烷)的摩尔量约四倍的化学式为RCOOH的脂肪酸混合；b)将该混合物加热到反应温度并持续一段反应时间，在该段反应时间中，将摩尔量等于混合的二(三羟甲基丙烷)的摩尔量约四倍的水蒸馏出来，并且c)分离出具有结构I的酯。

Description

酯的制备方法以及含有该酯的透明蜡烛
本发明是2005年1月21日申请的发明名称为“透明蜡烛及其制造方法”的第200580002665.5号发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种透明蜡烛，其基底材料，和制备该基底的方法。
相关申请
本发明要求美国临时专利申请60/538363的申请日2004年1月21日的权益。
背景技术
为了能够维持火焰，避免表面池着火，并且防止过量的滴下物或者烛体熔融，燃烧蜡烛涉及一个过程，此过程对烛体材料提出了非常严格的要求。当蜡烛燃烧时，蜡烛火焰的热量使烛体材料(基底材料)围绕着烛芯暴露部分的底部融化成一个小池。然后通过毛细管作用汲取该熔融材料通过并且沿着烛芯来给火焰提供燃料。为了满足烛体材料必需具有的严格要求，该蜡烛应该在由蜡烛火焰的辐射热引起的蜡烛材料升高到的温度或在该温度之下液化。如果熔融烛体材料所需要的温度太高，则因为不充足的燃料将通过烛芯汲取上来，该火焰将供料不足，导致火焰太小而不能维持其自身。
另一方面，如果蜡烛的熔融温度太低，则该蜡烛将会滴液，或者，在极端的情况下，整个烛体将会熔融，使烛芯落入熔融烛体材料池中，其潜在隐患是该池的表面可能着火。
另外，为了满足烛体材料的严格要求，当熔融的时候，该材料应该具有相对低的粘度来确保该熔融材料能够通过毛细管作用经过烛芯被汲取上来。其他所需的一些特性对这些已经非常严格的必要条件提出了更进一步的要求。例如，通常希望烛体材料以明亮并且无烟的火焰燃烧，并且由燃烧所产生的气味不应该是令人不愉快的。这些特征要求用来制造这样的蜡烛的组合物满足更进一步的物理要求。
此外，当希望得到透明蜡烛的时候，用来制造这样的蜡烛的组合物必需满足另外的物理要求。目前已知的用来制造透明蜡烛的组合物通常具有一种或多种不合需要的特性。特别是，这样的组合物通常不具有足够的硬度来形成自撑式蜡烛，并且需要某种容器或外部支撑。这样的容器蜡烛通常还具有不合需要的特性，例如在运送过程中制备它们的凝胶组合物漂移的潜在可能性。已知的用于制造透明蜡烛的组合物通常还具有不合要求的凝胶状或多油的触觉。另外，这样的组合物可能在燃烧的过程中变黑或冒烟，这从美观的角度来说是不合要求的。由现有技术的蜡烛基底材料制得的透明蜡烛还表现出不合要求的外部裂缝和/或内部破裂。对具有改进性能特征的透明蜡烛存在需要。
发明内容
一方面，本发明涉及一种透明棕榈蜡烛，其中该蜡烛的基底材料是具有结构I的酯，
其中Ri独立地是C9-C29烷基，尤其是C13，C15，和C17烷基。基底酯材料可以与该领域已知的各种功能性的和有美化作用的添加剂结合。
另一方面，本发明涉及制备具有结构I的酯类蜡烛基底材料的方法，其包括步骤：使摩尔量的二(三羟甲基丙烷)，酯化催化剂，和至少一种摩尔量至少等于二(三羟甲基丙烷)的摩尔量约四倍的化学式为RCOOH的脂肪酸混合，其中，R是具有约9-29个碳原子的直链或支链烷基；将该混合物加热到反应温度持续一段反应时间，在该段反应时间中，摩尔量等于混合的二(三羟甲基丙烷)的摩尔量约四倍的水被蒸馏出来；分离出具有结构I的酯。
具体实施方式
此处所使用的与测定量有关的，“约”是指在进行测量以及进行与测量目的和所使用的设备相称的检修程度相关的技术领域中的熟练技术人员能够预测的测定量的变化。
此处用于与色彩相关的，APHA是指众所周知的加德纳(Gardner)色标。
此处用于与本发明的透明蜡烛相关的，“透明”意味着基本上没有阴暗或混浊，从而使蜡烛体以能够让光以基本上没有阻碍的方式通过的能力，以及使着色剂加入到该组合物中而不引起混浊或降低蜡烛以基本上没有阻碍的方式让光通过的能力为特征。在优选的实施方案中，“透明”是指使用本发明的酯制作的蜡烛在4英寸厚度中的透光度为至少约80％。对透明蜡烛组合物增加另外一个要求，如果透明蜡烛能够被用作香料载体的组合物，其可用来扩散被选择的香料例如驱虫剂，也将是合乎需要的。
此处用于与本发明的透明蜡烛相关的，燃烧速度是指以克每小时测度的，并且通过相关的ASTM方法测定的燃烧消耗速度。本发明的透明蜡烛具有约3.0到约5.0gl hr的燃烧速度。
在一个实施方案中，本发明得到了大部分由来源于能够再生的植物资源的原材料制作的透明蜡烛。这样的蜡烛在本文中被称为透明棕榈蜡烛或简单地称为透明蜡烛。虽然很多种类的棕榈的不同部分是用于实施本发明的原材料的丰富来源，但是冠名棕榈并不要求该原材料实际上全部或甚至部分来源于棕榈。
本发明的透明棕榈蜡烛基本上是由具有结构I的二(三羟甲基丙烷)的酯制作的。“基本上制得”言外之意是该蜡烛包括至少约50％且优选至少约80％的结构I的酯。
Figure BSA00000211526500041
在结构I中，R1，R2，R3，和R4中的每一个都可以是具有约9(C9烷基)至约29(C29烷基)个碳原子的直链或支链烷基。熟练的技术人员将理解在将烷基称为“Cn”烷基中，“n”是标称值，基本上并且优选整数。然而，尤其是在将基本上来源于天然植物资源的市售原材料用于本发明操作中的实施方案中，Cn烷基可以包括具有比“n”的碳原子多一点或少一点的烷基。
在优选的实施方案中，R1，R2，R3，和R4独立地是C13，C15，或C17烷基。在特别优选的实施方案中，本发明的透明棕榈蜡烛将基本上由具有结构I的酯组成，其中，平均，所有结合的R基的重量的10％是直链C17烷基；所有结合的R基的重量的35％是直链C13烷基；且所有结合的R基的重量的55％是直链C15烷基。当然，在具有结构I的酯的试样中的任何随意选择的单个分子可以包含较高或较低百分比的特定的直链Cn烷基，只要“n”的平均值(大量分子得来的统计意义上的)和所引用的百分比基本上对应。
在结构I中R基团的选择，以及它们的相对百分数特别取决于将要制造的蜡烛是自立的柱型还是容器型。棕榈与硬脂的比率优选是70％棕榈和30％硬脂。
本发明的透明棕榈蜡烛基本上是由具有结构I的酯构成的(即，至少该蜡烛的约50％并且优选至少80％是由这样的酯构成的)。本发明的透明蜡烛还包括除了具有结构I的酯以外的成分。这些成分和它们的功能对于熟练技术人员是已知的，并且描述于，例如，全文结合在此作为参考的美国专利5,843,194中。例如，该透明棕榈蜡烛还可以包括天然石蜡(主要是C14-C30的链烷烃)，合成石蜡(例如，α烯烃系列C-20-30)，氢化的植物油(例如，大豆，椰子，棕榈等等)，或者这些物质的混合物。
本发明的透明蜡烛还可以包括例如本领域公知的抑烟剂。氢化的SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)嵌段共聚物，例如KratonTM G热塑性弹性体(Kraton Polymers，Houston TX)可以使用于该目的。
本发明的透明蜡烛可以进一步包括香料并且，尤其是着色剂或表观改进剂。本发明的透明蜡烛非常适合包括着色剂和其它表观改进剂。
适合用于本发明的蜡烛中的香料包括，例如，来自于Noville Corp.，South Hackensack，N.J的香茅，AN114351Sweet Peach，AN114349Mountain Berry，AN114350Country Garden，AN114462Lavender Meadows，AN114463Strawberries ′N Cream和AN114215Vanilla。这些香料通常是以约1wt.％-5wt.％的范围被加入的，选择此水平是为了获得所需的布散能力。除了香料外可以加入驱虫剂，或者可以用驱虫剂代替香料。合适的驱虫剂的非限制性例子包括香茅，邻苯二甲酸二甲酯和N，N-二甲基-m-甲苯甲酰胺。本发明的透明棕榈蜡烛可以包括高达10％-20％的香料。
着色剂(色料)和其它表观改进剂，包括装饰剂，增进了蜡烛的美感，包括当其燃烧的时候。优选该着色剂是液体染料。然而也可以使用粉末和其它形式的染料。含有一种或多种着色剂的组合物优选保持本身透明，非常像透明的有色宝石例如红宝石或翡翠。
本发明的透明组合物还可以包含一种或多种装饰材料，其优选产生所需要的美感外观。可以加入到本发明的组合物中的装饰材料种类的非限制性例子包括发光片，闪光粒，丝带，小石蜡装饰物，等等。
本发明的透明蜡烛还可以包括表面粘性降低剂，它们优选自由以下物质构成的组：12-羟基硬脂酸，12-羟基硬脂酸甲酯，12-羟基硬脂酸乙酯，12-羟基硬脂酸硬脂酰酯，12-羟基硬脂酸苄酯，12-羟基硬脂酸酰胺，12-羟基硬脂酸的异丙酰胺，12-羟基硬脂酸的丁酰胺，12-羟基硬脂酸的苄基酰胺，12-羟基硬脂酸的苯基酰胺，12-羟基硬脂酸的叔丁酰胺，12-羟基硬脂酸的环己酰胺，12-羟基硬脂酸的1-金刚烷酰胺，12-羟基硬脂酸的2-金刚烷酰胺，12-羟基硬脂酸的二异丙基酰胺，以及它们的混合物，更优选，12-羟基硬脂酸，12-羟基硬脂酸的异丙酰胺，以及它们的混合物。特别优选的表面粘性降低试剂包括从Union Camp，Jacksonville，Fla.购得的12-羟基硬脂酸CENWAXTM A，或甲基-12-羟基硬脂酸酯CENWAXTMME。透明蜡的配方可以包括至多约4％(重量百分比)的表面粘性降低剂。更优选，如果存在的话，透明蜡烛的配方包括约0.8-约1.5％(重量百分比)的表面粘性降低剂。
像柱型(自立型)或者容器型蜡烛一样，在本发明的透明棕榈蜡烛的配方和生产中可以使用溶剂。适合用于生产本发明的蜡烛的溶剂包括二甘醇二苯甲酸酯加上二辛基，二-(2-乙基己基)对苯二甲酸酯，DEHT，对苯二甲酸二(2-乙基己基)酯，1，4-苯二羧酸，和2-乙基己基酯。优选的溶剂包括苯甲酸苄酯，硬脂酸丁酯，羟基硬脂酸辛酯，异十八醇，和所有的天然油，例如大豆和玉米油，在这里仅仅提及这两种。一些低摩尔乙氧基化的表面活性剂也可以在本发明的透明棕榈蜡烛的配方和生产中用作溶剂。
通过常规实验，熟练的技术人员将会知道根据特定的选择或者依据具有结构I的酯中的R基，所使用的其它添加剂和成分，以及所要制备的蜡烛的类型，来选择溶剂的种类和量。
本发明的透明蜡烛不要求至少一根烛芯来燃烧。然而，使用至少一根烛芯是优选的。本发明蜡烛的至少一根烛芯是由烛芯材料制得的。在制备美观合意的透明蜡烛中，烛芯材料的选择是很重要的。毕竟，烛芯是完全看得见的。优选的烛芯包含棉芯，据观察这样的烛芯提供了燃烧特性的最希望得到的结合，尤其是关于例如烟，光泽，香味散发和燃烧速度的特性。然而，根据本发明，也可以使用本领域技术人员公知的其它种类的合适烛芯。本领域技术人员已知的合适的烛芯和烛芯材料的非限制性例子是可以从Atkins-Pearce of Covington，Ky购得的。优选的烛芯是从Atkins&Pierce购得的HTP/performa系列以及从Wedo Germany购得的FNST2系列的那些。用各种化学盐的浸渍工艺有助于烛芯在燃烧同时自我调整。
在另一个实施方案中，本发明提供了制备具有结构I的酯的方法，该方法包括步骤：使摩尔量的二(三羟甲基丙烷)，酯化催化剂，与至少一种摩尔量至少等于二(三羟甲基丙烷)的摩尔量约四倍的化学式为RCOOH的脂肪酸混合，其中，R是具有约9-约29个碳原子的直链或支链烷基；将该混合物加热到反应温度并持续一段反应时间，在该段反应时间中，将摩尔量等于混合的二(三羟甲基丙烷)的摩尔量约四倍的水蒸馏出来；并且，分离出具有结构I的酯。
合适的酯化催化剂包括氧化二丁锡，钛酸四异丙酯，对甲基苯磺酸，甲磺酸，氯化锌，三氟化硼，丹宁酸，和硫酸氢钠。钛酸四异丙酯是优选的酯化催化剂。
通常，在150℃-210℃的反应温度下，将二(三羟甲基丙烷)与至少一种脂肪酸的混合物(有和没有酯化催化剂的条件下)加热反应一段时间，足以蒸馏出摩尔量等于混合的二(三羟甲基丙烷)的摩尔量约四倍的水，从而使得存在于混合物中的所有脂肪酸上的羧酸基团几乎都被酯化。结构I的酯可通过本领域公知的任何方法分离。
在下面的非限制性例子中进一步描述了本发明，确切的说它的实施方案。
实施例1：
根据本发明方法的一个实施方案，根据下面的化学反应(如下面的化学结构所示)制备透明棕榈蜡烛：
化学反应(酯化)
二(三羟甲基丙烷)
Figure BSA00000211526500091
酯化产物(蜡烛基底)
在有酯化催化剂(钛酸四异丙酯)参与或加热的情况下，所使用的脂肪酸是：棕榈酸(C16脂肪酸)；硬脂酸(C18脂肪酸)；肉豆蔻酸(C14脂肪酸)。
将反应物放入反应器中(一(1)摩尔多元醇和四(4)摩尔脂肪酸；引入催化剂以加速反应速度)。使用热油作为热源进行加热。将反应物蒸煮约16个小时，在该时间段内将反应的水蒸发掉。
实施例2：
在140-150°F下，使下面的配方混合并且将温热的混合物倒入含有烛芯的模具中。
Figure BSA00000211526500101
1)根据实施例1的方法制备的
2)C12-C15

Claims (4)

1.一种制备具有结构I的酯的方法，
Figure FSA00000211526400011
其中R1、R2、R3和R4中的每一个基团独立地是具有约9至约19个碳原子的直链或支链烷基，该方法包括步骤：
a)使摩尔量的二(三羟甲基丙烷)、酯化催化剂与至少一种摩尔量至少等于二(三羟甲基丙烷)的摩尔量约四倍的化学式为RCOOH的脂肪酸混合，其中，R是具有约9至约29个碳原子的直链或支链烷基；
b)将该混合物加热到反应温度并持续一段反应时间，在该段反应时间中，将摩尔量等于混合的二(三羟甲基丙烷)的摩尔量约四倍的水蒸馏出来，并且
c)分离出具有结构I的酯。
2.根据权利要求1所述的方法，其中酯化催化剂选自由下列物质构成的组：氧化二丁锡、钛酸四异丙酯、对甲基苯磺酸、甲磺酸、氯化锌、三氟化硼、丹宁酸和硫酸氢钠。
3.根据权利要求2所述的方法，其中酯化催化剂是钛酸四异丙酯。
4.含有根据权利要求2所述的方法制备的酯的透明蜡烛。
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