蜡组合物、以及金属对燃烧速率的影响的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及基于天然油的蜡组合物（包括蜡烛组合物）以及金属对这样的蜡和蜡 烛组合物的燃烧速率的影响。
【背景技术】
[0002] 长时间以来，一直通常使用蜂蜡作为用于蜡烛的天然蜡。一百多年以前，与石油炼 制工业的发展同时地，石蜡烃出现。石蜡烃是由从炼制汽油和机油剩余的残留物产生的。将 石蜡烃作为已经变得越来越昂贵且在供应上变得越来越稀有的蜂蜡的丰富且低成本的替 代物引入。
[0003] 现在，石蜡烃是用于制造蜡烛和其它基于蜡的产品的主要的工业蜡。由石蜡材料 制造的常规的蜡烛典型地在燃烧时放出烟并且可产生难闻的气味。另外，在所述蜡烛燃烧 时可产生少量颗粒（"微粒"）。这些颗粒在被吸入时可影响人的健康。具有降低的石蜡烃 量的蜡烛是优选的。
[0004] 因此，具有如下的其它材料是有利的：其可用于形成蜡烛形成用的清洁的燃烷基 础蜡。如果可能，这样的材料优选为能生物降解的并且由可再生原材料诸如基于天然油的 材料得到。蜡烛基础蜡应优选地具有允许该材料被容易地形成为具有令人愉悦的外观和/ 或触觉、以及具有期望的嗅觉性质的蜡烛的物理特性（比如，在熔点、硬度和/或延展性方 面）。
[0005] 这样的基于天然油的蜡烛可由氢化的天然油得到。氢化是其中多和/或单不饱 和天然油被饱和并且变成凝固的以提高粘度的过程。这通过氢气与天然油在升高的温 度（140°C_225°C)下在过渡金属催化剂、典型地镍催化剂的存在下的反应进行。氢化的 天然油中过多镍的存在可通过导致烛芯堵塞、不规则的火焰和/或火焰高度、差的香精 (fragrance)相互作用、或者这些问题的组合而对蜡烛的燃烧速率有影响。因此，需要降低 这样的蜡中存在的镍的量以改善这样的蜡烛的燃烧速率。
【发明内容】
[0006] 在本发明的一个方面中，公开了蜡组合物。所述蜡组合物包括包含如下的氢化的 天然油：（i)至少约50重量％的具有如下的脂肪酸组成的三酰甘油组分：约14-约25重 量％的C16:0脂肪酸、约45-约60重量％的C18:l脂肪酸和约20-约30重量％的C18:0 脂肪酸，（ii)小于lppm的镍含量，和（iii)约49°C-约57°C的熔点。将所述蜡组合物的 所述氢化的天然油过滤和/或漂白以获得小于〇. 5ppm的过渡金属含量。
[0007] 在本发明的另一方面中，公开了蜡烛组合物。所述蜡烛包括烛芯和蜡，其中所述蜡 包括包含如下的氢化的天然油：（i)至少约50重量％的具有如下的脂肪酸组成的三酰甘油 组分：约14-约25重量％的C16:0脂肪酸、约45-约60重量％的C18:1脂肪酸和约20-约 30重量％的(：18:0脂肪酸，（ii)小于lppm的镍含量，和（iii)约49°C-约57°C的熔点。 将所述蜡烛组合物的所述氢化的天然油过滤和/或漂白以获得小于〇. 5ppm的过渡金属含 量。
【附图说明】
[0008] 图1描绘经后过滤的（post-filtered)和未经后过滤的基于天然油的蜡组合物的 燃烧速率的若干循环。
【具体实施方式】
[0009] 本申请涉及基于天然油的蜡组合物（包括蜡烛组合物）、以及金属对所述蜡和蜡 烛组合物的燃烧速率的影响。
[0010] 如本文中使用的，单数形式"一个（种）（a，an)"和"该（所述）"包括复数个指示 物，除非上下文清楚地另有规定。例如，提及"一个取代基"涵盖单个取代基以及两个或更 多个取代基，诸如此类。
[0011] 如本文中使用的，术语"例如"、"比如"、"诸如"、或者"包括"意图介绍对更上位的 主题进行进一步阐明的实例。除非另有详细说明，这些实例仅是作为用于理解本公开内容 中所示的申请的辅助手段提供的，并且绝不意图为限制性的。
[0012] 如本文中使用的，以下术语具有以下含义，除非清楚地有相反说明。理解，单数形 式的任何术语可包括其复数个对应物和反过来也成立。
[0013] 如本文中使用的，术语"天然油"可指由植物或动物来源得到的油。术语"天然 油"包括天然油衍生物，除非另有说明。天然油的实例包括，但不限于，植物油、藻油（algae 〇i1)、动物脂肪、妥尔油、这些油的衍生物、这些油中的任意油的组合等。植物油的代表性的 非限制性实例包括芥花油（canolaoil)、菜子油、椰子油、玉米油、棉子油、橄榄油、棕榈油、 花生油、红花油、芝麻油、大豆油、葵花油、亚麻子油、棕榈仁油、桐油、麻风树油、芥子油、亚 麻荠油、菥蓂油、大麻油、海藻油（algaloil)、和蓖麻油。动物脂肪的代表性的非限制性实 例包括猪油、牛脂、禽类脂肪、黄脂膏、和鱼油。妥尔油是木浆制造的副产物。在某些实施方 式中，所述天然油可为经炼制、漂白和/或除臭的。在一些实施方式中，所述天然油可为部 分地或者完全地氢化的。在一些实施方式中，所述天然油是单独地或者作为其混合物存在 的。
[0014] 如本文中使用的，术语"天然油衍生物"可指使用本领域中已知的方法的任一种或 者组合由天然油得到的化合物或化合物的混合物。这样的方法包括皂化、酯基转移、酯化、 酯交换、氢化（部分的或者完全的）、异构化、氧化、和还原。天然油衍生物的代表性的非限 制性实例包括天然油的胶（胶质，gum)、磷脂、皂脚、酸化的皂脚、馏出物或馏出物淤渣、月旨 肪酸和脂肪酸烷基酯（比如非限制性实例诸如2-乙基己基酯）、其羟基取代变体。
[0015] 蜡组合物
[0016] 在一些实施方式中，本发明的基于天然油的蜡组合物具有高的三酰甘油含量，其 中所述蜡的大部分、至少约50重量％、优选至少约75重量％、和最优选至少约90重量％为 三酰甘油组分。
[0017] 三酰甘油的物理性质主要由如下决定：（i)脂肪酰基链的链长，（ii)脂肪酰基链 中存在的不饱和基团的量和类型（顺式或反式），和（iii)在构成所述天然油的三酰甘油中 不同脂肪酰基链的分布。具有高的饱和脂肪酸比例的那些天然油典型地在室温下为固体， 而其中不饱和脂肪酰基链占大多数的三酰甘油倾向于是液态。因此，三酰甘油原料的氢化 倾向于降低不饱和程度和提高固体脂肪含量并且可用于将液态油转化为固态或者半固态 的脂肪。氢化，如果不完全的话，也倾向于导致脂肪酰基链中的双键的一些从顺式向反式构 型的异构化。通过改变天然油的三酰甘油部分中的脂肪酰基链的分布，比如，通过将具有不 同脂肪酸分布型（profile)的材料共混在一起，可实现三酰甘油原料在恪融、结晶化和流 动性特性方面的变化。如本文中使用的，术语"三酰甘油原料"和"三酰甘油组分"可互换 地用于指完全由一种或多种三酰甘油化合物构成的材料。通常，所述三酰甘油原料或三酰 甘油组分是很经常地为C16和/或C18脂肪酸的衍生物的三酰甘油化合物的复杂混合物。 虽然所述三酰甘油原料可用于许多应用，但是所述三酰甘油原料完全适合于用作蜡烛蜡、 特别是用于容器（container)錯烛。
[0018] 所述三酰甘油原料，无论是否进行了改变，通常由各种天然油来源得到。任何所给 的三酰甘油分子包括用三个羧酸分子酯化的甘油。因此，各三酰甘油包括三个脂肪酸残基。 通常，天然油包括作为特定来源之特征的三酰甘油的混合物。从特定来源中的三酰甘油的 完全水解分离的脂肪酸的混合物在本文中被称作三酰甘油的"脂肪酸组成"。通过术语"月旨 肪酸组成"，提及各种三酰甘油中的可识别的脂肪酸残基的相对量。特定的可识别的脂肪酸 的分布在本文中通过单独脂肪酸作为由三酰甘油的具体混合物的水解获得的总的脂肪酸 混合物的重量百分数的量表征。具体的天然油中的三酰甘油中的脂肪酸的分布可通过本领 域技术人员已知的方法诸如通过水解、随后衍生以产生天然油衍生物（比如，形成甲酯混 合物）经由常规的分析技术诸如气相色谱法容易地测定。
[0019] 在样品中的任何酯的完全水解之后分离得到的在本发明蜡组合物中的总的脂肪 酸混合物在本文中称作该样品的"脂肪酸分布型"。因此，样品的"脂肪酸分布型"不仅包括 通过三酰甘油和/或其它脂肪酸酯的水解产生的脂肪酸，而且包括存在于该样品中的任何 游离脂肪酸。在许多情况下，本发明的蜡基本上不含任何游离脂肪酸，比如，所述蜡具有不 超过约0. 5重量％的游离脂肪酸含量。如上所示，具体混合物中的脂肪酸的分布可通过本 领域技术人员已知的方法比如经由气相色谱法，或者转化为脂肪酸甲酯的混合物、之后通 过气相色谱法分析而容易地测定。
[0020] 棕榈酸（16:0)和硬脂酸（18:0)是饱和脂肪酸并且通过这些酸的任一种的酯化形 成的三酰甘油酰基链不含有任何碳_碳双键。以上圆括号中的命名法涉及的是直链脂肪酸 中的总碳原子数，之后跟着的是该链中碳-碳双键的数量。许多脂肪酸诸如油酸、亚油酸和 亚麻酸是不饱和的，即，含有一个或多个碳-碳双键。油酸是具有单个双键的18碳直链脂 肪酸（即，18:1脂肪酸），亚油酸是具有两个双键或者不饱和点的18碳脂肪酸（即，18:2脂 肪酸），和亚麻酸是具有三个双键的18碳脂肪酸（即，18:3脂肪酸）。
[0021] 由天然油得到的三酰甘油原料（其构成了本发明蜡组合物的显著部分）的脂肪酸 组成通常主要由具有16或18个碳原子的脂肪酸构成。在该三酰甘油的脂肪酸分布型中 较短链脂肪酸即具有14个或者更少碳原子的脂肪酸的量通常非常低，比如，不超过约3重 量％和更典型地，不超过约1重量％。所述三酰甘油原料通常包括适中量的饱和的16碳脂 肪酸，比如，至少约14重量％和典型地不超过约25重量％、优选约15重量％ -20重量％ C16:0棕榈酸。如上所述，所述三酰甘油的脂肪酸组成通常包括显著量的C18脂肪酸（一 种或多种）。为了实现期望的容器蜡烛特性，所述脂肪酸典型地包括如下的混合物：饱和的 18碳脂肪酸（一种或多种），比如，约20重量％ -30重量％和更适宜地，约23重量％ -27 重量％C18:0硬脂酸；和18碳不饱和脂肪酸，比如，约45重量％ -60重量％和更典型地约 50重量％-57重量％C18:1脂肪酸（一种或多种），诸如油酸。所述不饱和脂肪酸主要为 单不饱和脂肪酸（一种或多种）。
[0022] 所述三酰甘油原料的脂肪酸组成典型地被选择成提供具有约49°C_57°C的熔点 的基于三酰甘油的材料