蜡烛及其制造方法

专利名称：蜡烛及其制造方法
技术领域：
本发明公开内容通常涉及蜡烛，特别是涉及为特定燃烧特性设计的、具有由不同材料制成的蜡烛区域的蜡烛。
背景技术：
统一防火规范(Uniform Fire Code)“棉纸测试”检验是否一种蜡烛产品会在十秒钟内将放在点燃的蜡烛产品上的单层棉纸上烧出一个洞或点燃该棉纸。(参见例如统一防火规范，1997版，由International Fire Code Institute出版，第1109部分——“引燃源的控制(Control of Sources of Ignition)”，子部分1109.8.2，5.2.段)蜡烛在希望使用的条件下，在适当位置有任何附件时被测试(如蜡烛可能在其中或在其上燃烧的任何物品，如罐子和球形器皿)。
为使蜡烛产品通过棉纸测试，火焰高度必须具有足够小的尺寸，或放在足够低的位置以不引燃棉纸。通常，为使火焰保持离棉纸足够远的距离，就需要在容器中将蜡的水平面放置在容器中相对低的位置，这导致每容器体积的燃烧时间降低。然而，由于火焰高度也与总体火焰尺寸和燃烧的热输出相关，由于更小的有效蜡池，因此降低火焰尺寸也可引起产品消耗百分比和/或燃烧时间的降低。为达到合适的消耗百分比，必须产生足够大的蜡池直径，这可典型地通过增加的火焰尺寸或更低的燃料熔点而解决。然而，具有太低熔点的蜡可引起稳定性的破坏。

发明内容
本发明公开内容的一个方面提供一种包括蜡烛体和蜡烛芯的蜡烛，该蜡烛体包括顶区域和底区域，该蜡烛芯被置于蜡烛中穿过所述的区域，使得当点燃时，相对于蜡烛的基部，该蜡烛与没有顶区域的相同蜡烛的火焰水平相比提供更低的总体火焰水平。
本发明公开内容的另一方面提供一种包括蜡烛体和蜡烛芯的蜡烛，该蜡烛体包括第一、第二和第三区域，该蜡烛芯被置于蜡烛中穿过第一、第二和第三区域，其中至少两个区域具不同的燃料特性。
公开内容的再一方面提供一种制造蜡烛的方法，该方法包括如下步骤提供被置于不可燃容器中的、其中有蜡烛芯的第一燃料主体，该蜡烛芯的一部分暴露在该主体和容器的顶端；在该主体的顶端上形成第二燃料的层；和选择该第二燃料以在相同条件下燃烧时提供比第一固体蜡燃料提供的火焰高度更短的火焰高度。
通过如下结合附图的详细描述，本发明的其他方面和优点对本领域普通技术人员来说是显然的。尽管所述蜡烛和方法易受各种形式的实施方案的影响，但是以下的描述包括具体的实施方案，应理解所公开的内容是说明性的，而不希望将本发明限制于所描述的具体实施方案。


为进一步使本发明易于理解，在此附上四个附图，其中图1表示具有有两种不同燃料的两个区域的“威尼斯”风格蜡烛的截面图。
图2表示具有三个燃料区域的沙漏形蜡烛的截面图。
图3表示具有三个燃料区域的另一种威尼斯风格蜡烛的截面图。
图4表示具有四种不同燃料的四个燃料区域的圆锥形或棱锥形自由站立的蜡烛的截面图。
具体实施例方式
所述蜡烛包括具有不同燃烧特性的区域。除非另外说明，所述蜡烛和方法包括各种实施方案，所述实施方案包括一种或多种以下进一步描述的(包括附图中显示的那些)其他可选择的元素、特征和步骤的任何组合。
蜡烛的各区域优选相对于穿过它们的蜡烛芯通常一个置于另一个上面。
在固体蜡烛中，当燃烧蜡烛燃料时，火焰温度和尺寸(如大约按高度)影响结果得到的蜡池的尺寸。因此，可以相对于蜡烛的截面积(如相对于在中心向下布置的蜡烛芯的截面)选择燃料，以提供所需尺寸的蜡池。例如，在一个区域的截面积小于另一个区域(如平均截面积)的蜡烛中，提供相对小火焰的燃料可用于该具有较小截面积的区域。例如，火焰尺寸的控制和结果获得的蜡池可用于自由站立的蜡烛以改进稳定性。例如在容器中的蜡烛(如玻璃罐蜡烛)中，对火焰尺寸的控制可用于保证变化截面的容器的侧壁清洁。
也可以选择各种燃料区域的燃烧特性以满足安全性的目标。例如，当蜡烛包括容器(如玻璃罐)时，可提供相对小火焰的燃料用于相对小截面积的区域，以保持容器侧壁的温度在要求的极限以下。
作为另一个例子，提供相对较小火焰、特别是较短火焰的燃料可用于容器中蜡烛的顶部区域，使得在容器上放置的物品更不易被火焰点燃(例如，可通过U.F.C.棉纸测试)。当顶区域燃料烧尽，蜡池在来自下面区域的燃料的浓度方面渐增地更高时，提供更大火焰的燃料可用于下部区域，这是由于火焰的底部向下移动的量至少大约等于第一区域厚度，并且通常更多的是由于当熔融蜡池开始与下部燃料区域交错时燃料的共混(如扩散和稀释)造成的。
根据一种结构，蜡烛包括当燃烧时产生第一高度火焰的第一燃料形成的第一燃料区域，和当燃烧时产生不同的第二高度火焰的不同的第二燃料形成的第二燃料区域。第一燃料区域在尺寸上(如厚度或总体尺寸；重量可近似为尺寸)可等于第二燃料区域，或其中一个的尺寸可大于另一个。例如，基于蜡烛的总重量，第一燃料区域可构成小于50％的蜡烛，并且优选为5wt％-10wt％，例如7wt％，特别当第一燃料产生的火焰高度短于第二燃料的火焰高度，且第一燃料区域位于第二燃料区域之上时。对于第一燃料产生的火焰高度短于第二燃料的火焰高度，且第一燃料区域位于第二燃料区域之上，这样的蜡烛的变化可用于改进蜡烛的安全性，避免加热、燃烧或引燃处于蜡烛之上的物品。
在另一个这样的蜡烛的非专用的变化中，第一燃料区域的截面积(优选区域顶部的截面积，更优选平均截面积)小于第二燃料区域，和第一燃料产生的火焰高度小于(如短于)第二燃料产生的火焰高度。这种变化对于逐渐变细的、圆底蜡烛，如所谓的“威尼斯”蜡烛，是有益的，以防止窄区段中蜡烛容器的玻璃变得过热而造成危险。具有增加火焰尺寸的第三或更多这样的下部区域可产生采用或不采用盛放容器的稳定的锥形蜡烛。此变化也允许制造具有其它变化形状的蜡烛，如沙漏形状(如其中含有和第二区域相同燃料的第三区域被置为顶区域)，同时保持稳定性和安全性。例如，在这样的三区域蜡烛中倒转的组成(即三层蜡烛，其中中间层产生相对大的火焰)也可采用，如增加(如短暂地)在罐蜡烛中部燃烧(或在蜡烛下部一半或下部第三区域燃烧期间)的火焰尺寸以保证清洁的侧壁。
因此，在一种特定类型的实施方案中，该蜡烛包括含有第一和第二区域的蜡烛，第一区域由当燃烧时产生第一火焰高度的第一燃料形成，和第二区域由当燃烧时产生更大的第二火焰高度且不同于第一燃料的第二燃料形成，其中第一区域位于第二区域上，并且该蜡烛进一步包括被置于蜡烛中穿过第一和第二区域的蜡烛芯，该蜡烛芯的一部分从第一区域向外伸出，其中当点燃时，该蜡烛与没有第一区域的相同蜡烛的火焰水平相比，相对于蜡烛的基部，提供更低的总体火焰水平。火焰水平可以被测量从蜡烛的基部到火焰的尖端的高度。
例如，基于蜡烛中燃料的总重量，第一区域构成小于10％的蜡烛，以使蜡烛的主体燃烧期间可容许大的火焰尺寸，并因此达到更好的总燃料消耗。
此类型的实施方案对用作威尼斯风格的蜡烛(其中第一区域的平均截面积小于第二区域)特别有用，并优选包括一个不可燃的、开放末端的容器，其中蜡烛被置于该容器中，将蜡烛芯的向外伸出部分暴露出来。在此实施方案的一种变化中，在点燃使用中的蜡烛在十秒内不能点燃放在容器顶部的单层棉纸。当第二区域具有这样的性质，即使得没有第一区域的相同蜡烛可在十秒内点燃放在容器顶部的单层棉纸时，此实施方案是特别有用的。此类型实施方案中的至少一种燃料优选是非液体的(如蜡)，更优选两者都是固体蜡，例如在典型的威尼斯风格的蜡烛中。
另一种类型的实施方案包括由相应的第一、第二和第三燃料形成的第一、第二和第三区域的蜡烛，第一区域位于第二区域上和第二区域位于第三区域上，其中当燃烧时，形成第二区域的燃料产生的火焰高度不同于形成第一区域的燃料产生的火焰高度，也不同于形成第三区域的燃料产生的火焰高度，并且该蜡烛进一步包括被置于蜡烛中穿过第一、第二和第三区域的蜡烛芯，该蜡烛芯的一部分从第一区域向外伸出。该第一和第三燃料可以相同或不同。此类型实施方案中的至少一种燃料优选是非液体的(如蜡)，更优选所有燃料都是固体，如蜡。在具有至少三个区域的一种这样的蜡烛中，第二区域具有小于第三区域的平均截面积，优选形成第二区域的燃料产生的火焰高度小于形成第三区域的燃料产生的火焰高度。当第一区域具有的平均截面积大于第二区域时，如在沙漏形中，此类型的构造是有益的，则优选形成第一区域的燃料产生的火焰高度大于形成第二区域的燃料产生的火焰高度。在可选择的方案中，当第一区域具有小于第二区域的平均截面积时，如在棱锥形、圆锥形或成尼斯风格的蜡烛中，此类型的构造是有益的，则优选形成第一区域的燃料产生的火焰高度小于形成第二区域的燃料产生的火焰高度。在此可选择的方案中，形成第二区域的燃料产生的火焰高度大于形成第一区域的燃烧产生的火焰高度，并大于形成第三区域的燃料产生的火焰高度，例如当蜡烛为了使用而放在不可燃的容器中，当燃烧时，第二层用于熔融尽容器侧壁的残余的蜡。在具有至少三个区域的这样蜡烛中，可与每个区域的平均截面积相应成比例地选择每个区域产生的火焰的尺寸(基于燃料和/或蜡烛芯的选择)。
从第一燃料到第二燃料的火焰尺寸(如高度)的差异可以是用于所希望的目的，如以上作为例子描述的目的的任何值。预期值为至少20％、至少33％和至少100％。火焰的高度可以测量为从在蜡池顶部的火焰基底到其尖端的距离。例如，火焰高度可以目视估测，持不可燃尺子放在火焰之后，但尽可能靠近火焰，当火焰稳定时观察从基底到尖端的火焰高度。
可以使用任何合适的蜡烛燃料，动物、植物、矿物质和合成蜡。固体蜡优选用于所有的区域，并且优选所有的区域是不透明的。燃料区域也可包括功能性的和美学性的添加剂，所述添加剂包括但不限于着色剂、香味剂和活性剂，如消毒剂和驱虫剂。
尽管不希望受任何特定的理论约束，但认为火焰尺寸和高度(所有其它要素相同时，如蜡烛芯的材料和尺寸)与燃烧期间燃料的移动速率相关。认为主要因素包括燃料分子尺寸和影响燃料与蜡烛芯材料相互作用的因素(如燃料的极性)。当保持其它要素恒定时，可以通过简单、常规的试验确定特定燃料的火焰尺寸(如高度)，一种燃料与另一种燃料的火焰尺寸(如高度)的相对差异也可以这样确定。
因此，优选的小(包括短)火焰燃料具有一个或多个特性，如长分子链长度、分子链支化和总体高的分子量。甘油酯及其衍生物是优选的。特别优选的是长链甘油三酯及其衍生物。植物油甘油三酯，如棕榈油甘油三酯(如主要含有C16-C18脂肪酸酯取代基)是合适的。期望使用添加到燃料中以降低火焰尺寸和高度的添加剂。这样的添加剂包括硬化剂和粘结剂，典型地为聚合物。合适的硬化剂包括购自德克萨斯Sugar Land的Baker Petrolite Polymers Division的VYBAR硬化剂，并认为是聚乙烯聚(α烯烃)聚合物。特别对于固体蜡烛，期望使用氢化油。
同样，优选的大(包括高)火焰的材料包括脂族烃，如烷烃，及其衍生物，特别是相对短链的分子。石蜡，特别是半精炼石蜡是优选的。也可以是醇。
蜡烛优选由非液体燃料(如固体和凝胶)组成，尽管需要的话也可以使用液体燃料。燃料的状态，如是固体或是液体，是以其在室温下的状态来定义的。由液体燃料形成的区域可自然地根据密度不同而划分，或者可以由例如分隔壁(如蜡、另一种燃料，或不对蜡烛功能产生负面影响的材料)而分离。
优选，用于使用的容器中的蜡烛将通过U.F.C.棉纸测试。更优选，蜡烛的多个样品可按照如下方法通过U.F.C.棉纸测试。为评价是否一个类型的蜡烛可通过棉纸测试，要对六个样品进行评价。如果六个样品中有六个通过棉纸测试，这种蜡烛可被认为“通过”。如果六个样品中有五个通过棉纸测试，则必须重复棉纸测试。如果六个样品中有四个或更少的样品通过棉纸测试，则这种蜡烛被认为“失败”。如果六个样品中有任何小于六个通过第二轮棉纸测试的情况，则这种蜡烛被认为“失败”。如果六个样品中有六个通过了第二轮棉纸测试，则这种蜡烛被认为“通过”。
蜡烛可以由任何蜡烛成形技术来制造，例如在模具中将一种燃料倾倒在另一种上(例如，液体燃料或熔融的固体燃料)，或分别形成每个燃料区段，然后将各区段结合并插入蜡烛芯。
例如，形成上述蜡烛的一种方法包括提供其中布置有蜡烛芯的第一固体蜡燃料的主体的步骤。该第一固体蜡燃料的主体可以通过将蜡倒入其中已经布置了蜡烛芯的不可燃容器中而形成，并在倾倒时保持该蜡烛芯的位置不变。该方法包括在蜡主体顶端上形成第二固体蜡燃料层的步骤。优选，选择该燃料使得当在相同条件下燃烧时，该第二固体蜡燃料提供的火焰高度比第一固体蜡燃料提供的火焰高度短。第一燃料的选择和该方法的执行优选得到第一固体蜡燃料的主体，在容器中当点燃时该主体能在十秒内点燃放在容器顶部的单层棉纸，和优选第二燃料的选择和该方法的执行使得该完成的蜡烛，当点燃时和在它的整个燃烧寿命中，在十秒内不能点燃在容器顶部上放置的单层棉纸。
现在结合附图描述该蜡烛的各种实施方案。
图1表示包括具有典型形状的玻璃蜡烛容器12的威尼斯风格的蜡烛10的截面图。在此实施方案中，顶部的低火焰高度燃料14被置于具有相对更高火焰高度燃料18的基底上。蜡烛芯20穿过中心。
图2表示包括相似形状玻璃蜡烛容器24的沙漏形蜡烛22的截面图。该蜡烛包括提供相对大火焰燃料的区域28，和在容器24的窄部分附近、提供相对小火焰燃料的区域30。该小火焰降低容器24窄部分可能达到的温度，使得从容器的整体的角度考虑和从触摸该容器的使用者的角度考虑均更为安全。蜡烛芯32穿过中心。
图3表示包括玻璃蜡烛容器38的另一种威尼斯风格的蜡烛34的截面图。在此实施方案中，相对大火焰尺寸燃料的区域40位于相对较小火焰尺寸燃料的区域42之间，靠近容器38的底部。蜡烛芯44穿过中心。区域42可以由对于这样的容器来说典型的燃料构成，而较小的区域40可以由与对于这样的容器来说典型的燃料相比燃烧时可产生更大火焰的燃料构成。提供相对大火焰的区域40在熔尽容器38的侧壁上任何残余燃料的固体蜡烛方面，以及提供更清洁的外观和更高的消耗百分比方面是有益的。
图4表示圆锥形或棱锥形自由站立蜡烛48的截面图。该蜡烛具有由燃烧时渐次更大火焰的燃料形成的区域50、52、54和58，当蜡烛截面变得更大时以产生更大的蜡池。蜡烛芯70穿过中心。
实施例提供如下实施例用于说明而不希望限制本发明的范围。
实施例1将一根上蜡的蜡烛芯切割成三段，并放入三种单独的蜡共混物中(1)100％棕榈甘油三酯1；(2)60％的棕榈甘油三酯1与棕榈甘油三酯2的1∶1混合物和40％石蜡；和(3)100％的精炼石蜡。棕榈甘油三酯1是碘值为约0.7(g I2/100g)，游离脂肪酸含量为约0.2％的甘油三酯的混合物，典型的和测量的近似脂肪酸酯情况见下表1。
表1，棕榈甘油三酯1脂肪酸酯情况

棕榈甘油三酯2是碘值为约0.24(gI2/100g)，酸值为约209(mg KOH/g)，皂化值为约210(mg KOH/g)的甘油三酯的混合物，典型的和测量的近似脂肪酸酯情况见下表2。
表2，棕榈甘油三酯2脂肪酸酯情况

在样品1到3中测量的火焰高度分别是12mm、16mm和25+mm，精度在1mm之内。火焰高度随棕榈甘油三酯浓度的增加而明显降低。
实施例2将15克棕榈甘油三酯1倾注到预先用202克石蜡填充的“威尼斯”风格的玻璃蜡烛容器中。使用来自不同来源的两个样品组。之前，这两个样品组由于点燃了棉纸而未能通过U.F.C.的棉纸测试。在点燃样品和燃烧十分钟时，进行U.F.C棉纸测试。两个样品组均通过测试。
实施例3采用如下物质制备三个样品组(1)用15克棕榈甘油三酯1覆盖215g半精炼石蜡(EPIWAX EP858，购自EPChem International，新加坡)的2个样品；(2)用10克棕榈甘油三酯1覆盖215g EP858半精炼石蜡的1个样品；(3)用10克棕榈甘油三酯1覆盖230g半精炼石蜡的1个样品。通过将半精炼石蜡倾倒在威尼斯风格的玻璃蜡烛容器中，冷却，然后用棕榈甘油三酯1覆盖收缩凹陷处以制备样品。
样品的重复棉纸测试在组2和3中没有失败。组1的样品没有点燃绵纸，通过了U.F.C.棉纸测试，但在棉低上烧出一个可见的孔。正如所预期的，由于棕榈甘油三酯1的顶部的稀释和消耗，在燃烧几小时之后，样品火焰高度增加到典型的水平。
以上描述仅用于清楚的理解本发明，不应当从中理解为对本发明的不必要的限制，因为在本发明范围内的改进对本领域普通技术人员是显然的。在整个说明书中，除非另外说明，在将组合物描述为包括多种组分或材料的情况下，该组合物也可基本上由，或由所引用的各组分或材料的任何组合而组成。
权利要求
1.一种蜡烛，包括蜡烛体，该蜡烛体包括第一和第二区域，第一区域由燃烧时产生第一火焰高度的第一燃料形成，第二区域由燃烧时产生更大的第二火焰高度的、不同于第一燃料的第二燃料形成，其中第一区域被置于第二区域之上；和蜡烛芯，该蜡烛芯被置于蜡烛中穿过第一和第二区域，该蜡烛芯的一部分从第一区域向外伸出，其中当点燃时，与没有第一区域的相同蜡烛的火焰水平相比，相对于蜡烛的基部，该蜡烛提供更低的总体火焰水平。
2.根据权利要求1所述的蜡烛，进一步包括不可燃的、末端开放的容器，其中该蜡烛被置于所述容器内而暴露出蜡烛芯向外伸出的部分。
3.根据权利要求2所述的蜡烛，其中在点燃使用中，该蜡烛在十秒内将不会点燃放在所述容器顶部的单层棉纸。
4.根据权利要求3所述的蜡烛，其中所述第二区域是这样的，在点燃使用中，没有第一区域的相同蜡烛可在十秒内点燃放在所述容器顶部的单层棉纸。
5.根据权利要求1所述的蜡烛，其中基于燃料的总重量，第一区域构成小于10％的蜡烛。
6.根据权利要求1所述的蜡烛，其中第一区域具有小于第二区域的平均截面积。
7.根据权利要求1所述的蜡烛，其中至少一种燃料是非液体的。
8.根据权利要求7所述的蜡烛，其中至少一种燃料包括蜡。
9.根据权利要求7所述的蜡烛，其中第一燃料是非液体的并包括植物油甘油三酯。
10.根据权利要求9所述的的蜡烛，其中第一燃料包括棕榈油甘油三酯。
11.根据权利要求9所述的的蜡烛，其中第二燃料是非液体的并包括脂族烃。
12.根据权利要求11所述的的蜡烛，其中第二燃料包括烷烃。
13.根据权利要求12所述的的蜡烛，其中第二燃料包括半精炼的石蜡。
14.一种蜡烛，包括蜡烛体，该蜡烛体包括由相应的第一、第二和第三燃料形成的第一、第二和第三区域，第一区域被置于第二区域上、第二区域被置于第三区域上，其中当燃烧时，形成第二区域的燃料产生的火焰高度不同于由形成第一区域的燃料产生的火焰高度，也不同于由形成第三区域的燃料产生的火焰高度；和蜡烛芯，该蜡烛芯被置于该蜡烛中穿过第一、第二和第三区域，该蜡烛芯的一部分从第一区域向外伸出。
15.根据权利要求14所述的蜡烛，其中至少一个燃料区域是非液体的。
16.根据权利要求15所述的蜡烛，其中第一、第二和第三燃料区域的每个均是固体。
17.根据权利要求16所述的蜡烛，其中第二区域具有小于第三区域的平均截面积，并且其中形成第二区域的燃料产生的火焰高度小于形成第三区域的燃料产生的火焰高度。
18.根据权利要求17所述的蜡烛，其中第一区域具有大于第二区域的平均截面积，并且其中形成第一区域的燃料产生的火焰高度大于形成第二区域的燃料产生的火焰高度。
19.根据权利要求17所述的蜡烛，其中第一区域具有小于第二区域的平均截面积，并且其中形成第一区域的燃料产生的火焰高度小于形成第二区域的燃料产生的火焰高度。
20.根据权利要求16所述的蜡烛，其中形成第二区域的燃料产生的火焰高度大于形成第一区域的燃料产生的火焰高度，并大于形成第三区域的燃料产生的火焰高度。
21.根据权利要求14所述的蜡烛，该蜡烛包括多个含有各自燃料的区域，其中蜡烛芯穿过每个区域，并且其中由每个燃料区域产生的火焰高度的尺寸与每个区域的平均截面积相应成比例。
22.根据权利要求14所述的蜡烛，其中火焰高度的至少一个差异是形成第二区域的燃料产生的火焰高度的至少20％。
23.根据权利要求22所述的蜡烛，其中所述的火焰高度的差异是形成第二区域的燃料产生的火焰高度的至少33％。
24.根据权利要求23所述的蜡烛，其中所述的火焰高度的差异是形成第二区域的燃料产生的火焰高度的至少100％。
25.一种制造蜡烛的方法，包括如下步骤提供被置于不可燃容器中的、其中有蜡烛芯的第一固体蜡燃料的主体，该蜡烛芯的一部分暴露在该主体和容器的顶端；在该主体的顶端上形成第二固体蜡燃料的层；和选择该第二固体蜡燃料，以在相同条件下燃烧时提供比第一固体蜡燃料提供的火焰高度更短的火焰高度。
26.根据权利要求25所述的方法，进一步包括选择第一固体蜡燃料，和提供该第一固体蜡燃料的主体，使得在容器中点燃使用时，该第一固体蜡燃料的主体在十秒内点燃放在容器顶部的单层棉纸。
全文摘要
本发明公开了一种蜡烛，该蜡烛包括由燃烧时产生不同的火焰高度和/或火焰水平的燃料组成的区域，以及制备这种蜡烛的方法。
文档编号C11C5/00GK1923991SQ20061006680
公开日2007年3月7日 申请日期2006年3月29日 优先权日2005年8月31日
发明者大卫·科尔, 布拉德利·D·巴巴拉 申请人:美国康朵有限公司