EP1049760A1 - Composition combustible produisant une flamme coloree - Google Patents

Abstract

Selon un premier aspect, l'invention se rapporte à une composition combustible solide ou liquide, susceptible de brûler en produisant une flamme de couleur choisie et variée autre que la couleur habituelle d'une flamme classique. Cette composition se caractérise en ce qu'elle consiste essentiellement en triéthanolamine et en un agent chromogène. La présente invention a également pour objet une bougie ou un dispositif d'éclairage à flamme de couleur préparé à partir de ladite composition combustible. Selon un troisième aspect, la présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une bougie à flamme colorée comprenant les étapes de coulage d'une composition selon l'invention un moule dans lequel on a préalablement fixé une mèche, de refroidissement de la composition coulée dans le moule et de démoulage de la bougie.

Description

COMPOSITION COMBUSTIBLE PRODUISANT UNE FLAMME COLOREE.

Description.

Selon un premier aspect, l'invention se rapporte à une composition combustible solide ou liquide, susceptible de brûler en produisant une flamme de couleur choisie et variée autre que la couleur habituelle d'une flamme classique. La présente invention a également pour objet une bougie ou un dispositif d'éclairage à flamme de couleur préparé à partir de ladite composition combustible. Selon un troisième aspect, la présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une bougie à flamme colorée. Le terme de bougie est utilisé pour désigner tout dispositif d'éclairage, fonctionnel ou décoratif, constitué d'une mèche généralement tressée enveloppée de matière fusible combustible permettant de produire, en brûlant, des flammes de hauteur comprise généralement entre 2 et 4 cm.

Habituellement, la matière fusible combustible est composée de cires de diverses origines. A l'heure actuelle, on utilise principalement en tant que matière fusible combustible, un mélange de paraffine, de stéarine et, en proportion mineure, de cire d'abeille et de cire minérale.

Les compositions utilisées comprennent majoritairement (80 à 90% en poids) de la paraffine et de 10 à 20 % en poids de stéarine, afin d'améliorer les propriétés de fusion de la composition, de lui conférer une meilleure compatibilité entre ses différents constituants et d'empêcher la composition de fumer lors de sa combustion.

Lors de la fusion de la matière fusible combustible, qui se produit généralement à une température comprise entre 60 et 80°C, le mélange liquide monte dans la mèche par le phénomène de capillarité et s'enflamme à l'extrémité de la mèche. La température de la flamme d'une bougie classique est d'environ 1000 à 1200°C. Divers additifs peuvent être incorporés dans la matière fusible combustible, on citera par exemple les agents régulateurs de la fluidité de la matière combustible à l'état fondu, les parfums ou fragrances, tel que l'encens.

Depuis de nombreuses années, un grand nombre d'efforts ont été déployés dans le but d'obtenir une bougie susceptible de brûler en produisant une flamme de couleur autre que la couleur habituelle d'une flamme classique.

On sait par exemple que les ions de certains métaux et de quelques métalloïdes à faible potentiel d'excitation, lorsqu'ils se retrouvent en phase vapeur et sont dans un état suffisamment excité, émettent une radiation dans le spectre visible. La combustion vive de ces éléments dans une flamme donne à celle-ci une teinte caractéristique. Les agents chromogènes conventionnellement utilisés pour la préparation de bougies à flamme de couleur choisie consistent par exemple en les dérivés de l'acide borique, les composés du cuivre, les composés du thallium, etc. pour une flamme de couleur verte, les composés du lithium, du strontium, etc. pour une flamme de couleur rouge, les 2 halogénures du cuivre pour une flamme de couleur bleue, les dérivés du sodium pour une flamme de couleur jaune, les dérivés du lanthane pour une flamme de couleur orange, etc.

Ainsi, on a déjà proposé (brevet US 4386904, demande de brevet JP-KOKAI 53-30176, demande de brevet examinée JP-KOKOKU 50-22828) d'utiliser une bougie dont la mèche a préalablement été imprégnée avec une solution d'un sel, d'un oxyde ou d'un hydroxyde de métal alcalin ou alcalino- terreux. On a également déjà essayé d'utiliser une matière fusible combustible classique (cire, paraffine, acide gras, etc.) dans laquelle des éléments à faible potentiel d'excitation avait été introduits sous forme de poudre métallique pulvérulente, sous forme de sel minéral, d'oxyde ou d'hydroxyde (demande de brevet JP-KOKAI 47-14973), sous forme de borate ou perchlorate en solution dans un dérivé de l'éthanolamine (brevets US 1816140, US 2551574, US 3150510 ou DE 530147 C) ou plus récemment, sous forme de sel d'un acide gras. On a également déjà décrit des bougies possédant un revêtement contenant ces différents agents chromogènes. Lors de la combustion de la bougie, le revêtement fond et libère ces agents chromogènes dans le mélange en fusion dans lequel trempe la mèche.

Aucune de ces solutions n'est réellement satisfaisante du fait de la non-homogénéité de ces compositions qui ne permet pas d'obtenir une flamme de couleur constante. Comme on l'a indiqué ci-avant, la température de la flamme des bougies conventionnelles est de l'ordre de 1000 à 1200°C, or, il a été observé par la demanderesse que cette plage de température est largement insuffisante pour exciter les agents chromogènes classiques. Par contre, avec une flamme "chaude" (ayant une température supérieure ou de l'ordre de 1700°C), il a été constaté que ces agents chromogènes pouvaient fournir une flamme colorée satisfaisante du point de vue de la coloration obtenue.

Dans cet ordre d'idée, il a déjà été suggéré dans l'état de la technique d'incorporer dans la composition combustible un agent combustible, solide ou liquide, susceptible d'élever la température de la flamme. Par exemple, la demande de certificat d'utilité français 2675813 recommande d'utiliser rhexaméthylènetétramine à cette fin. On trouve également dans la littérature mention de l'utilisation de méthaldéhyde ou d'hydrazine dans le même but.

En pratique, ces solutions ne s'avèrent pas non plus satisfaisantes. Pour qu'une bougie soit acceptable, il est indispensable que le mélange dont elle est constituée puisse fondre de manière contrôlée sous l'effet de la chaleur. En d'autres termes, au niveau de la mèche, il doit se créer à la surface de la bougie un cratère de matière en fusion dont le diamètre reste constant lorsque la bougie est allumée. Si le diamètre du cratère rétrécit, la bougie finit par s'éteindre. Si le diamètre du cratère augmente, la bougie coule de manière totalement inesthétique. Le diamètre du cratère, 3 et donc la quantité de matière en fusion est contrôlé par la température de la flamme, elle-même dépendant de la composition du mélange de matière constituant la bougie. Il faut de plus que le mélange fondu puisse monter par capillarité dans la mèche et s'enflammer à son extrémité. Pour que la flamme d'une bougie allumée soit qualifiée de stable, il est nécessaire que la vitesse de montée de la matière en fusion dans la mèche soit en équilibre avec la vitesse de consommation de cette matière dans la flamme. Lorsque la vitesse de montée de la matière en fusion dans la mèche est plus faible que la vitesse de consommation, la mèche s'assèche rapidement de matière combustible et elle finit elle-même par brûler. Par voie de conséquences, la longueur de la mèche diminue et la bougie s'éteint. Dans le cas contraire, l'arrivée de matière combustible à la hauteur de la flamme est telle que la flamme grandit, descend au niveau du cratère en fusion qui finit lui-même par s'enflammer, mettant le feu à l'ensemble de la bougie. En outre, le cratère de matière en fusion doit contenir un mélange homogène de la solution combustible, comprenant donc, outre les composants conventionnel d'une bougie, l'agent chromogène et le composé dont la combustion permet l'élévation de la température de la flamme. La température de la matière en fusion dans le cratère doit idéalement rester constante et être suffisante pour assurer la fluidité du mélange de matière en fusion, en sorte qu'il puisse monter dans la mèche par capillarité. D'autre part, à cette température, le mélange ne doit pas pouvoir s'enflammer spontanément, faute de quoi, le cratère en fusion pourrait s'enflammer directement, mettant lui-même le feu à l'ensemble de la bougie.

Conformément à la présente invention, pour préparer une composition combustible susceptible de brûler avec une flamme de couleur choisie, on propose de mettre en œuvre une composition combustible consistant essentiellement en un agent chromogène et de la triéthanolamine.

En d'autres termes, en l'absence (ou en présence d'une quantité minoritaire inférieure à 50% en poids) des constituants combustibles conventionnels (cires, paraffine, acide gras, ...) d'une bougie connue. Il est bien entendu que dans le cadre de la présente invention, l'agent chromogène peut être un mélange de différents agents chromogènes.

La demanderesse a en effet remarqué que la triéthanolamine pouvait être utilisée très avantageusement en tant qu'agent susceptible d'élever la température de la flamme à des températures bien au-delà de 1700°C, température suffisante pour exciter les agents chromogènes classiques. En outre, et d'une manière très avantageuse, la triéthanolamine peut remplacer toutes les cires conventionnelles utilisés en tant que matière fusible combustible, c'est-à-dire qu'à la différence des autres agents susceptibles d'élever la température de la flamme qui sont mentionnés ci-avant, la triéthanolamine et l'agent chromogène à eux seuls peuvent fournir la composition combustible qui sera utilisée pour la fabrication de la 4 bougie. Les autres constituants conventionnels de la bougie (cires, paraffine, ...), s'ils sont présents ne le seront qu'en quantité minoritaire inférieure à 50% en poids de la composition, de préférence inférieure à 20% en poids). Etant donné le coût très faible de la triéthanolamine par rapport aux constituants classiques des cires, ceci représente un avantage loin d'être négligeable.

En deuxième lieu, la demanderesse a constaté que l'acide borique et ses dérivés, la plupart des dérivés du cuivre, du thallium, du tellure, du strontium, du calcium, du lanthane et du sodium, etc. ou, d'une manière plus générale, les composés minéraux ou organométalliques utilisés conventionnellement en tant qu'agents chromogènes, sont largement solubles dans la triéthanolamine. Dès lors, la composition combustible selon l'invention est parfaitement homogène au moment de sa préparation pour la fabrication de la bougie, ce qui a pour conséquence que la fabrication de la bougie en est simplifié. D'autre part, on obtient également une composition homogène dans le cratère de matière en fusion lorsque la bougie est utilisée, ce qui a pour conséquence, que le mélange montant dans la mèche par capillarité et brûlant à son extrémité est également parfaitement homogène. Tout l'agent chromogène est donc bien brûlé à vitesse constante et la couleur obtenue est stable et constante durant toute la combustion. L'homme du métier déterminera très aisément à partir des exemples fournis ci-après et quelques essais de routine, les proportions des différents constituants des compositions à mettre en œuvre. Typiquement, une composition combustible selon l'invention peut comprendre de 1 à 99 % en poids de triéthanolamine et le reste d'agent chromogène. Ainsi qu'il a été exposé ci-avant, la triéthanolamine et l'agent chromogène peuvent à eux seuls fournir une composition combustible selon l'invention. Toutefois, il est avantageux que la composition comprennent également de la stéarine. On a en effet observé que l'adjonction de stéarine évite à la composition combustible de fumer lors de sa combustion et permet une meilleure fusion du mélange.

L'homme du métier déterminera aussi très aisément à partir des exemples fournis ci- après et quelques essais de routine, les proportions des différents constituants des compositions à mettre en œuvre. Avantageusement, une composition combustible selon l'invention peut comprendre de 1 à 98 % en poids de triéthanolamine, de 1 à 98 % en poids de stéarine et le reste d'agent chromogène.

Un avantage supplémentaire de la triéthanolamine est sa parfaite compatibilité avec les composants classiques des cires utilisées dans les bougies. Comme indiqué ci-avant, il est essentiel que la composition combustible soit la plus homogène possible, résultat qu'il est possible d'atteindre grâce aux compositions de la présente invention contrairement aux solutions préconisées dans l'état de la technique. D'une manière avantageuse, l'agent chromogène mis en œuvre est un composé de l'éthanolamine tel que le borate de triéthanolamine si l'on souhaite obtenir une flamme 5 de couleur verte. Dans ce cas en effet, l'agent chromogène est presque infiniment soluble dans la composition combustible et en augmentant la concentration en cet agent, on peut sensiblement améliorer l'intensité de la couleur. En outre, les dérivés de l'éthanolamine semblent brûler sans former de résidu de combustion noir peu esthétique autour du cratère de matière en fusion.

Lorsque l'agent chromogène est un mélange de plusieurs agents chromogènes, un, plusieurs ou tous ceux-ci peuvent donc être des dérivés de l'éthanolamine. La composition combustible selon la présente invention peut être utilisée dans de nombreuses applications telles que des lampes à combustible, des torches, etc., ou d'une manière générale, en tant que combustible pour tout dispositif d'éclairage comprenant un réservoir comportant une mèche partiellement immergée dans ledit réservoir, toutefois étant donné qu'au départ, elle a été conçue pour la fabrication de bougie, son utilisation principale se fera en tant que bougie. De telles bougies à flamme colorée sont utilisées lors de diverses cérémonies, fêtes ou événements à des fins religieuses ou décoratives. C'est pourquoi, un deuxième aspect de l'invention concerne une bougie à flamme colorée caractérisée en ce qu'elle est composée essentiellement de triéthanolamine et d'un agent chromogène à l'état solide.

Toutes les compositions selon l'invention sont bien évidemment utilisables pour la fabrication de bougies, les compositions préférées fournissant les bougies préférées. Selon un dernier aspect, la présente invention concerne un procédé pour la fabrication d'une bougie comprenant les étapes suivantes: a) chauffage de la triéthanolamine à une température comprise entre 53 et 100°C; b) incorporation de l'agent chromogène dans la triéthanolamine; c) en option, incorporation de la stéarine dans la triéthanolamine; d) coulage du mélange homogène obtenu après les deux ou trois étapes précédentes dans un moule dans lequel on a préalablement fixé une mèche; e) refroidissement de la composition coulée dans le moule; et f) démoulage de la bougie.

On notera que les étapes b) et c) peuvent être interverties ou mises en œuvre simultanément. On notera également que le chauffage de la triéthanolamine (étape a)) peut également être mis en œuvre avant, pendant ou après les étapes b) et c), ou selon toute autre combinaison imaginable. On préfère toutefois l'ordre a), b), c) en raison de la lenteur de la solubilisation de l'agent chromogène qui peut prendre jusqu'à 6 heures. Ces étapes d'incorporation b) et c) se font de préférence sous agitation et sous chauffage jusqu'à solubilisation complète de l'agent chromogène et, le cas échéant, de la stéarine.

La mèche utilisée est une mèche tout à fait classique du type tressée de grande taille. Le refroidissement de l'étape e) peut s'effectuer par les moyens conventionnels connus de l'homme du métier tels que l'immersion dans un bain d'eau, le refroidissement à air 6 froid, ou simplement l'entreposage à température ambiante.

En option, le procédé indiqué ci-avant peut comprendre une étape supplémentaire (g)) d'enrobage de la bougie consistant à plonger la bougie une fois démoulée dans un bain de matière enrobante à l'état liquide. De préférence, la matière enrobante consiste essentiellement en de la stéarine comprenant éventuellement un colorant selon l'apparence que l'on souhaite conférer à la bougie elle-même.

Selon un mode de réalisation particulier, la bougie peut également comprendre divers parfums ou fragrances bien connus de l'homme du métier en sorte que, pendant la combustion de la bougie, ces divers parfums ou fragrances soient libérés dans l'atmosphère.

Selon un autre mode de réalisation, la bougie être constituée de plusieurs tronçons superposés de compositions différentes (particulièrement en ce qui concerne l'agent chromogène), en sorte que pendant la combustion, la couleur de la flamme puisse changer.

EXEMPLES

Exemple 1. Bougie à flamme de couleur verte.

On introduit 80 ml (90 g) dans un récipient disposé dans un bain-marie et l'on chauffe entre 80 et 95°C. On ajoute alors, petit à petit et sous agitation constante, 16 g d'acide borique. On introduit ensuite, toujours par petite quantité et sous agitation, 16 g de stéarine. On coule à chaud le mélange ainsi obtenu dans un moule cylindrique dans lequel on a préalablement fixé une mèche tressée de grande taille. On laisse refroidir à l'air libre et on démoule. On a reproduit cet exemple en augmentant progressivement la quantité de stéarine jusqu'à 32 g. On note que plus la quantité de stéarine est élevée, meilleure est la bougie du point de vue de sa consistance, par contre, lorsqu'on approche de 32 g de stéarine, on perd quelque peu la couleur verte de la flamme.

Exemple 2. Bougie avec une flamme de couleur verte. On introduit 80 ml (90 g) dans un récipient disposé dans un bain-marie et l'on chauffe entre 90 et 95°C. On ajoute alors, petit à petit et sous agitation constante, 16g de borate de triéthanolamine. On introduit ensuite, toujours par petite quantité et sous agitation, 16 g de stéarine. On coule à chaud le mélange ainsi obtenu dans un moule cylindrique dans lequel on a préalablement fixé une mèche tressée de grande taille. On laisse refroidir à l'air libre et on démoule.

Exemple 3. Bougie à flamme de couleur verte avec une couche d'enrobage.

On plonge la bougie obtenue à l'exemple 1 ou 2 dans un bain de stéarine fondue pendant 5 à 10 secondes et on laisse refroidir. 7 Exemple 4.

On allume les mèches des bougies préparées aux exemples 1 à 3. La flamme arrive rapidement au régime stationnaire. A ce moment, on observe une flamme de 2 à 4 cm de hauteur, extrêmement stable. La flamme est de couleur vert vif et son intensité est constante pendant toute la combustion de la bougie. La combustion est régulière et observe, pendant cette combustion, ni augmentation, ni diminution du diamètre du cratère de matière en fusion.

Claims

8 Revendications.

1. Composition combustible brûlant avec une flamme de couleur choisie, caractérisée en ce qu'elle consiste essentiellement en un agent chromogène et de la triéthanolamine.

2. Composition selon la revendication 1 comprenant de 1 à 99% en poids de triéthanolamine et le reste d'agent chromogène.

3. Composition selon la revendication 1, comprenant en outre de la stéarine.

4. Composition selon la revendication 3 comprenant de 1 à 98% en poids de triéthanolamine, de 1 à 98% en poids de stéarine et le reste d'agent chromogène

5. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'agent chromogène est un dérivé de l'éthanolamine.

6. Composition selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'agent chromogène est le borate de la triéthanolamine.

7. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une quantité minoritaire de paraffine, cire d'abeille, cire minérale et/ ou toute autre cire conventionnellement utilisée dans la fabrication de bougies.

8. Bougie à flamme colorée caractérisée en ce qu'elle est composée essentiellement de triéthanolamine et d'un agent chromogène.

9. Bougie à flamme colorée caractérisée en ce qu'elle est composée essentiellement d'une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.

10. Dispositif d'éclairage à flamme colorée comprenant un réservoir comportant une mèche partiellement immergée dans ledit réservoir, caractérisé en ce que le réservoir contient une composition liquide selon l'une des revendications 1 à 7.

11. Procédé de fabrication d'une bougie à flamme colorée comprenant les étapes de a) chauffage de la triéthanolamine à une température comprise entre 53 et 100°C; b) incorporation de l'agent chromogène dans la triéthanolamine; c) en option, incorporation de la stéarine dans la triéthanolamine; d) coulage du mélange homogène obtenu après les deux ou trois étapes précédentes dans un moule dans lequel on a préalablement fixé une mèche; e) refroidissement de la composition coulée dans le moule; et f) démoulage de la bougie. 9 12. Procédé de fabrication d'une bougie à flamme colorée comprenant les étapes de a) coulage d'une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 7dans un moule dans lequel on a préalablement fixé une mèche; b) refroidissement de la composition coulée dans le moule; et c) démoulage de la bougie.