专利名称：：基于部分酰基甘油酯的生物蜡、由其制得的生物蜡烛及其制备方法
技术领域：
：本发明是关于一种生物蜡(biowax)，其主要成份为部分酰基甘油酯(PAG)，本发明也包含一种由该生物蜡所制成的生物蜡烛，及制造该蜡烛的方法。
背景技术：
：目前在市场上已发展出许多种类的蜡烛，传统上这些蜡烛是由石蜡和/或天然蜡所制成。这些典型蜡烛按其形状和用途可分为杯型蜡烛(containercandle)、祈祷用蜡烛(votivecandle)、柱状蜡烛(pillarcandle)、锥形蜡烛(tapercandle)、电子蜡烛(tea-lightcandle)和旋风式蜡烛(hurricanecandle)。长久以来，由自然界所取得的蜡，如蜂蜡(棕榈酸蜂花酯)和鲸蜡(棕榈酸鲸蜡酯)等，一直是作为制造蜡烛的主要原料蜡。近期，随着石油精炼工业的发展，石油蜡，如石蜡等，逐渐成为制造蜡烛的基本原料。当今，基于石蜡的蜡已成为制造蜡烛的最主要原料，该石蜡是由石油精炼后所留下的残余物制得，制成蜡烛时可完全燃烧，只是在燃烧时，通常会释放出黑烟和产生令人不悦的气味。棕榈硬脂(palmstearin)是棕榈油精制工业的副产物，每年棕榈硬脂的产量非常庞大，且其价格远比石蜡便宜，目前已有人尝试使用棕榈硬脂作为蜡烛蜡的成分。然而，由于棕榈硬脂的较低熔点性质，使其在蜡烛蜡中的掺合百分比受到限制，且难以控制。虽然棕榈硬脂可被氢化成较高熔点的棕榈硬脂，但由其制得的蜡烛反而变得易脆且缺乏延展性(malleability)。因此，以棕榈硬脂作为蜡烛蜡的应用仍然受到许多限制。为提供具有更干净燃烧特性的蜡烛，已有许多人对含有低石蜡含量的蜡烛蜡进行广泛的研究，例如美国专利案号6,503,285、6,645,261、6,770,104、6,773,469、6,797,020和6,824,572所揭示的基于三酰基甘油酯的蜡烛蜡，特别是由各种动物和/或植物来源(如植物油源)所衍生的蜡烛蜡。然而，由基于植物油材料所调配得的蜡烛蜡，经常会产生许多问题。与基于石蜡的蜡烛相比较，用基于植物油的蜡烛有下列许多缺点，例如龟裂、形成气穴(airpocket)，和伴随原始材料的天然产物气味，例如黄豆味。此外，基于黄豆油的蜡也具有下述性能相关的问题火焰大小、蜡和烛芯的匹配问题、最大燃烧时间、产品颜色整合性和/或产品储存寿命等。因此，为使产品的外观和功能均能符合消费者所要求的质量，就需再开发更新颖的基于植物油的替代蜡。因此，在开发新一代的蜡烛材料时，该替代的蜡材料除具有干净的燃烧性质外，也希望该蜡烛基质材料具有特定的物理特性例如容易形成具有令人愉悦的外观和/或触感、以及合适的熔点、硬度和/或延展性等。同时为符合当今环保意识，也希望该类材料为可生物分解和衍生自可再生原料。另外，近年来许多国家都已相继签署京都协议书，其目的为"稳定大气中温室气体的浓度，以防止人为因素危险的干扰气候系统(anthr叩ogenic)"。为遵守该协议，势必限制石化燃料的使用量；而化石燃料最近也出现来源短缺，油价持续飙涨的现象，这种因素加重了生物燃料(biomassfUel)在再生能源供给链中所扮演的角色，进而促成生物柴油的快速发展。在快速发展的生物柴油(biodiesel)供给链中，副产品甘油的过剩反而变成亟需解决的迫切问题。
发明内容本发明的一方面是提供一种基于部分酰基甘油酯(PAG)的生物蜡，该基于PAG的生物蜡可由生物柴油供给链中过剩的甘油来制得，其有助于解决甘油过量生产的问题。本发明的具体实施例中，消耗甘油用以制造基于PAG的生物蜡，和使用该生物蜡制成环保蜡烛，这均有助于地球上碳循环系统的正常发展。本发明的另一方面是用基于PAG的生物蜡制造生物蜡烛。以火焰长度而言，基于PAG的生物蜡烛，其燃烧特性与石蜡制成的商业蜡烛相似，且不会有令人不悦的气味。与石蜡相比，该生物蜡具有较优异的特性，包括低黑烟排放和高的添加剂兼容性，因此基于PAG的生物蜡将可有效地替代石蜡。本发明的再一方面是提供一种生物蜡烛，其包含生物蜡和烛芯，其中该生物蜡包含部分酰基甘油酯。而且，该蜡烛也由基于PAG的生物蜡制成，该生物蜡可含有石蜡和/或硬脂作为额外的成分。由其制得的蜡烛通常表现出均匀的组成、半透明和细晶粒结晶构造，该蜡烛通常可干净燃烧和释放出极少量的黑烟。由于低黑烟排放性与生物可分解性的组合，再加上是由再生原料所制造的蜡烛，使得本发明蜡烛将成为特别有利于环保的产品。本发明的又一方面是提供一种制造生物蜡烛的方法，包括将基于PAG的生物蜡加热至熔融状态；将该熔融的生物蜡引入模具中，该模具中包含设置其中的烛芯；将模具中的熔融生物蜡冷却，以固化该生物蜡；和将该固化的生物蜡从模具中移去；该生物蜡包含选自单酰基甘油酯、二酰基甘油酯和它们的组合的部分酰基甘油酯。本发明的又一方面是提供一种制造生物蜡烛的方法，包含将基于PAG的生物蜡加热至熔融状态，喷洒冷却该生物蜡，以形成直径为0.5-1.2毫米的珠粒；和将该生物蜡珠粒压制到模具中，以形成蜡烛。利用本发明的方法，可形成各种类型的生物蜡烛，例如杯型蜡烛、蜡烛珠粒等。本发明的优点，可由下面进一步的说明和参照附图，进行更完整的了解，其中图1显示实施例13的GMP的气相色谱分析结果。图2显示实施例8的部分酰基甘油酯(定义为GMS^.o)的气相色谱分析结果。图3显示实施例10的部分酰基甘油酯(定义为GMS^^)的气相色谱分析结果。图4显示实施例11的部分酰基甘油酯(定义为GMSw,)的气相色谱分析结果。图5显示实施例12的部分酰基甘油酯(定义为GMSw-3。)的气相色谱分析结果。发明的详细说明在本发明的具体实施例中，生物蜡包含部分酰基甘油酯(PAG)，在本发明的特定的实施例中，该生物蜡包含约20重量％至100重量%，特别是30重量％至100重量％的PAG(以生物蜡的总重量计)。在本说明书和随附的权利要求书中，术语"生物蜡"应意指由衍生自生物柴油供给链的原料所制得的蜡；除非本文中另有规定。术语"部分酰基甘油酯"应意指一种甘油酯，包含单酰基甘油酯(MAG)、二酰基甘油酯(DAG)和它们的组合；除非本文中另有规定。该部分酰基甘油酯可由甘油分子与一种或二种中等链长或长链脂肪酸的酯化反应而制得。术语"中等链长脂肪酸"应意指具有6至10个碳的饱和或不饱和脂肪酸或它们的混合物；除非本文中另有规定。在本文中，术语"长链脂肪酸"应意指具有14至24个碳的饱和或不饱和脂肪酸或它们的混合物，除非本文中另有规定。该酰基可具有C16、C18、C18:l、C18:2的直链。在本发明的各种具体实施例中，部分酰基甘油酯可单独使用或与三酰基甘油酯和/或其它成分混合使用。在本文中，术语"生物蜡烛"应意指由生物蜡制得的蜡烛，除非本文中另有规定。在本发明的特定具体实施例中，生物蜡可哮一步包含三酰基甘油酯(TAG)、硬脂或石蜡、或它们的组合物作为额外的成分。在本发明的示例性的具体实施例中，该生物蜡包含单酰基甘油酯(MAG)、二酰基甘油酯(DAG)和三酰基甘油酯(TAG)。单酰基甘油酯的量可为约10-75重量％，特别是约40-70重量％的量，(以生物蜡的重量计)。以生物蜡的重量计，该二酰基甘油酯(DAG)的量可为约10-50重量%，特别是约10-35重量％的量。生物蜡也可以选择性地使用三酰基甘油酉旨(TAG)，其量以生物蜡的重量计为约5-50重量％，特别是10-40重量％的量。在本发明的特定具体实施例中，生物蜡可选择性地加入少量的其它添加剂，以改善该蜡性材料的性质。可并入本发明生物蜡中的添加剂包括着色剂、香料(例如香精油)、抗氧化剂、UV光吸收剂和移动抑制剂、及其它类似物。理想的情况是该生物蜡可与天然的着色剂完全掺合，以提供一种均匀单色分布。生物蜡的熔点约为40-62""C。在一具体实施例中，该生物蜡具有约0.2至35的碘值。在本发明的特定具体实施例中，生物蜡可制成所希望的形状。根据一示例性的具体实施例，生物蜡可研磨成粉末状或将生物蜡加热为熔融态，之后喷洒冷却该熔融的生物蜡而制成颗粒状，或由购自承德油脂股份有限公司(ChantOilCo.,Ltd)(中国台湾)的珠粒制造设备的技术制得。在本发明的示例性实施例中，该生物蜡可被成型为直径约0.5-1.2毫米的珠粒。如上所述类型的生物蜡可适合作为制造生物蜡烛的原料。因此，本发明的具体实施例也包括一种生物蜡烛，其包含生物蜡和烛芯，其中该生物蜡包含部分酰基甘油酯(PAG)。这种生物蜡烛基本上为固体、稳定而不脆，通常有延展性，无可目视到的游离油。在本发明的特定具体实施例中，该生物蜡烛可由熔融-加工方法而制成所希望形状的蜡烛，例如柱状蜡烛、电子蜡烛等。为了能从环保安全方面更完整地从基于PAG的生物蜡受益，理想的是使用不具有金属核芯(例如铅或锌核芯)的烛芯。适合的烛芯材料实例为辫子形棉芯。烛芯也可采用其它蜡(例如石蜡和/或蜂蜡)常用的标准烛芯。如上所述的生物蜡烛可由下述方式制得将基于PAG的生物蜡加热至熔融状态，将该熔融的生物蜡引入模具中，该模具已先将烛芯设置其中；将模具中的熔融生物蜡冷却，以固化该生物蜡；最后将固化的生物蜡烛从模具中移去。或者，如上所述的生物蜡烛可由下述方式制得将基于PAG的生物蜡加热至熔融状态，喷洒冷却该生物蜡，以制成0.5-1.2毫米的珠粒；将该生物蜡珠粒压制到模具中，以成蜡烛。上所述的生物蜡烛也可以用其它方式制得，而本发明并不受限于任何制造该生物蜡烛的特定的方式。在生物蜡烛的制备过程中，为防止不溶的颗粒阻塞烛芯中的生物蜡流，理想的是着色剂(若存在)需完全溶解于基于PAG的生物蜡中。通常，受阻塞的生物蜡流会产生不良的蜡烛燃烧。而且，生物蜡的色泽也可能影响色料的染色性能。大部分的香料可用于生物蜡，以改善所制得的生物蜡烛的性能，如稳定性、反应性、色泽等。如上述类型的生物蜡烛通常可干净燃烧，只释放出非常少量的黑烟。应注意的是在说明书和权利要求书中的所有实例中，代表的成分量、性质等的所有数字是以"约"字修饰，和在说明书和权利要求书中的所有实例中的所有份数和百分比，意指以重量计，除非另有指定。以下说明数个示例性的具体实施例，这些实施例不意欲以任何方式限制本发明的范围，虽然设于大范围的数字范围和参数范围是近似值，但已尽可能精确地记录设定在特定的实施例中的数值。然而，任何测量数值都有一定的偏差，这为在各种试验检测中必然会产生的标准偏差的结果。具体实施例方式实施例A.PAG的气相色谱(GC)分析GC型号YOUNGLINACME6000MGCGC条件1.管柱QUADREX熔合二氧化硅毛细管柱；007-65HT-25W-0.1F,0.32匪内径2.检测器FID3.承载气体氮气4.烘箱温度1)80。C(维持1分钟)，和以20。C/分钟的速率到达240°C2)240°C，和以4。C/分钟的速率到达360'C3)36(TC(维持11分钟)5.注入器温度280°C6.检测器温度360°C7.测量范围6xl03mV样品的制备均匀混合0.2克的样品与5毫升的氯仿。分析条件1.样品量0.2微升2.分析时间50分钟B.用于制备蜡的成分成份1:石蜡，供应自台湾蜡品股份有限公司(TaiwanWaxCo.，Ltd.)，具有如表l所示的物理性质。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>成分2:脂肪酸S1801，供应自P.T.MUSIMMAS.，具有如表2所列示的物理性质。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>成分4:二种类型的脱色精制(RBD)棕榈硬脂，供应自P.T.MUSIMMAS.，具有如表4所列示的物理性质。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>成分5:硬化油脂F081，由RBD棕榈硬脂(类型2，成分4)在温度170-200°C、压力3千克和镍催化剂(0.2%)的存在下，进行氢化反应4小时而制得，其具有如表5所列示的物理性质。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>成分6:定义为GMP的部分酰基甘油酯，由200克的脂肪酸1698(成分3)与72克的甘油在250'C反应5小时而制得，其具有如表6a所列示的物理性质，GC分析结果与数据分别示于图1和表6b。表6a<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>MAG:单酰基甘油酯DAG:二酰基甘油酯TAG:三酰基甘油酯表6b<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>FFA:游离脂肪酸GMP:单棕榈酸甘油酯GDP:二棕榈酸甘油酯GTP:三棕榈酸甘油酯成分7:定义为GMSn^.o的部分酰基甘油酯，由200克的脂肪酸S1801(成分2)与72克的甘油在25(TC反应5小时而制得，其具有如表7a所列示的物理性质，GC分析结果与数据分别示于图2和表7b。表7a<table>complextableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>成分8:定义为GMS^^的部分酰基甘油酯，F081(成分5)与RBD棕榈硬脂(类型2，成分4)等量混合，然后取200克混合物与40克的甘油在250。C反应8小时而制得，其具有如表8a所列示的物理性质，GC分析结果与数据分别示于图3和表8b。表8a<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>表8b<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>成分9:定义为GMSIV=2Q的部分酰基甘油酯，由200克的RBD棕榈硬脂(类型l,成分4)与40克的甘油在250C反应8小时而制得，其具有如表9a所列示的物理性质，GC分析结果与数据分别示于图4和表9b。表9a<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>表9b<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>成分10:定义为GMS1V=3()的部分酰基甘油酯，由200克的RBD棕榈硬脂(类型2，来自成分4)与40克的甘油在25(TC反应8小时而制得，其具有如表10a所列示的物理性质，GC分析结果与数据分别示于图5和表10b。表10a<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>表10b<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>C.待试验的杯型蜡烛的制备(如表11所列示)将等量的不同蜡成分混合和熔融，然后将熔融的蜡倒入铝杯中，铝杯高为15毫米、直径为37.5毫米，杯子中间配置有23毫米长的辫子状棉芯。所产生的蜡烛经冷却和固化，以供燃烧试验用。实施例1至13根据表11所列示的成分和含量制备杯型蜡烛。D.燃烧试验由基于部分酰基甘油酯(PAG)的生物蜡所制得的生物蜡烛，其燃烧性能由下述步骤进行测试-1.将各个含有不同蜡成分的杯型蜡烛编号和称重；2.将杯型蜡烛放在实验台上，以100毫米间距相隔放置；3.将石膏板放在桌台上方75毫米高处，以观察在燃烧时由蜡烛释放出的黑烟；4.点燃杯型蜡烛并开始计时；当各烛芯周围熔有一圈蜡液时(约5-6分钟)，尽快地测量各杯型蜡烛的火焰高度；5.每隔1小时再测量一次火焰高度；6.在燃烧60分钟后，测量各杯型蜡烛的内焰最高点的火焰温度;7.在任何一个蜡烛即将完全燃烧尽时，全部熄火，将各杯型蜡烛称重；之后计算各杯型蜡烛的燃烧速率。杯型蜡烛的燃烧试验结果如表11所示。表11<table>complextableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>表11所示，本发明的生物蜡可搭配平衡用量的石蜡和/或硬脂以制成生物蜡烛，这种蜡烛燃烧时，用肉眼观察均表现出优异的蜡流经烛芯的特性。同时本发明的生物蜡烛也显示良好的外观(例如色泽、香气和清澈度)、稳定的燃烧速率和在燃烧时仅释放出低量的黑烟，并有良好的气味。虽然本文中已详述本发明各种示例性的具体实施例，但应注意的是本发明也可以用其它特定的形式，在不偏离本发明的精神与范围下，进行各种改变和改良。因此，本发明所述的具体实施例，在所有领域中只视为说明性而非限制的，本发明的范围由随附的权利要求书的范围指明，所有落在等同物的意义与范围的改变均涵盖其中。权利要求1.一种生物蜡，包含部分酰基甘油酯，所述部分酰基甘油酯选自单酰基甘油酯、二酰基甘油酯和它们的组合。2.根据权利要求1的生物蜡，其中所述部分酰基甘油酯基于所述生物蜡的总重量以20重量％至100重量％的量存在。3.根据权利要求1的生物蜡，其中所述部分酰基甘油酯基于所述生物蜡的总重量以30重量％至100重量％的量存在。4.根据权利要求l的生物蜡，其还包含三酰基甘油酯。5.根据权利要求4的生物蜡，其中基于所述生物蜡的重量，所述单酰基甘油酯的量为约10-75重量％，所述二酰基甘油酯的量为约10-50重量％，所述三酰基甘油酯的量为约5-50重量％。6.根据权利要求5的生物蜡，其中基于所述生物蜡的重量，所述三酰基甘油酯的量为约10-40重量％。7.根据权利要求l、2、3、4、5或6中任一项的生物蜡，其还包含着色剂、抗氧化剂、香料、紫外线吸收剂和移动抑制剂中的至少一种。8.根据权利要求7的生物蜡，其被制成直径为约0.5-1.2毫米的珠粒。9.根据权利要求l、2、3、4、5或6中任一项的生物蜡，其熔点为约40-62°C。10.根据权利要求1、2、3、4、5或6中任一项的生物蜡，其碘值为约0.2至35。11.一种生物蜡烛，包含生物蜡，所述生物蜡包含选自单酰基甘油酯、二酰基甘油酯和它们的组合物的部分酰基甘油酯；和烛芯。12.根据权利要求11的生物蜡，其中所述部分酰基甘油酯基于所述生物蜡的总重量以20重量％至100重量％的量存在。13.根据权利要求11的生物蜡，其中所述部分酰基甘油酯基于所述生物蜡的总重量以30重量％至100重量％的量存在。14.根据权利要求11的生物蜡，其还包含三酰基甘油酯。15.根据权利要求14的生物蜡，其中基于所述生物蜡的重量，所述单酰基甘油酯的量为约10-75重量％，所述二酰基甘油酯的量为约10-50重量％，所述三酰基甘油酯的量为约5-50重量％。16.根据权利要求15的生物蜡，其中基于所述生物蜡的重量，所述三酰基甘油酯的量为约10-40重量％。17.—种制造生物蜡烛的方法，该方法包含下列步骤1)将基于PAG的生物蜡加热至熔融状态；2)将该熔融的生物蜡引入模具中，该模具中已先将烛芯设置其中；3)将所述模具中的所述熔融生物蜡冷却、固化；4)之后将固化的所述生物蜡烛从所述模具中移去；其中所述生物蜡包含部分酰基甘油酯，所述部分酰基甘油酯选自单酰基甘油酯、二酰基甘油酯和它们的组合。18.—种制造生物蜡烛的方法，该方法包含下列步骤1).将基于PAG的生物蜡加热至熔融状态；2).喷洒冷却该熔融的生物蜡，以形成直径为0.5-1.2毫米的珠粒；3).将所述生物蜡珠粒压制到模具中，以形成蜡烛。全文摘要本发明涉及包含部分酰基甘油酯的生物蜡，所述部分酰基甘油酯选自单酰基甘油酯、二酰基甘油酯和它们的组合；本发明也涉及包含生物蜡和烛芯的生物蜡烛；以及制造所述蜡烛的方法。文档编号C08L91/06GK101205369SQ200710110300公开日2008年6月25日申请日期2007年6月8日优先权日2006年12月18日发明者李义发申请人:承德油脂股份有限公司