DE10138242A1

DE10138242A1 - Kohlenwasserstoffharze als Kerzenmaterial

Info

Publication number: DE10138242A1
Application number: DE2001138242
Authority: DE
Inventors: Albrecht Dinkelaker
Original assignee: EHRENBURG MARCUS LEONID
Current assignee: EHRENBURG MARCUS LEONID
Priority date: 2001-08-03
Filing date: 2001-08-03
Publication date: 2003-02-27

Abstract

Die Erfindung betrifft transparentes bis 40 DEG C, vorzugsweise bis 60 DEG C, festes Kerzenmaterial auf der Basis von aliphatischen Kohlenwasserstoffen, das ein transparentes Kohlenwasserstoffharz mit einem Schmelzbereich von 60 bis 160 DEG C, vorzugsweise 70 bis 100 DEG C, und eine Fettsäure-Komponente sowie gegebenenfalls ein Maskierungsmittel auf Kolophonium-Basis enthält und daraus hergestellte Kerzen. Weiter betrifft die Erfindung die Verwendung dieses transparenten Kohlenwasserstoffharzes zur Herstellung von Kerzen und Kerzen daraus.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Kohlenwasserstoffharze als Material für transparente Kerzen und daraus hergestellte, transparente Kerzen.
Kerzen bestehen aus einem Brennmaterial, das den Kerzenkörper bildet, und einem Docht. Beim Brennen wird das Brennmaterial um den Docht herum geschmolzen und bildet die Brennschüssel. Das Brennmaterial muss in seinen Eigenschaften an die Dicke der Kerze angepasst werden, da ein zu niedriger Schmelzpunkt bzw. eine zu hohe Brennenergie des Materials zu einem Überlaufen der Brennschüssel führt. Ein zu hoher Schmelzpunkt bewirkt dagegen, dass ein Rand um die Brennschüssel herum stehen bleibt, der gar nicht abgebrannt wird. Über kurz oder lang versinkt dann die Kerzenflamme im Kerzenkörper und ist nicht mehr zu sehen. Auch der Docht muss auf die Kerze und das gewählte Brennmaterial abgestimmt sein. Über den Docht wird das flüssige Brennmaterial der Flamme zugeführt. Erhält die Flamme nicht genügend Brennmaterial, kann sie verlöschen, die Brennschüssel kann überlaufen. Wird dagegen zuviel Brennmaterial zugeführt, rußt die Flamme, weil die Verbrennung unvollständig wird. Üblicherweise werden als Brennmaterial Paraffin, Stearin und/oder Bienenwachs eingesetzt. Zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit und für die dekorative Gestaltung werden andere Bestandteile, beispielsweise Mikrowachs oder natürliche Wachse wie Candellila-, Carnauba- oder Japanwachs zugesetzt.
Diese bekannten Kerzen können nicht transparent hergestellt werden. Seit einiger Zeit sind daher alternative Materialien zur Herstellung transparenter Kerzen entwickelt worden, aus denen sogenannte Gelkerzen hergestellt werden. Die Begriffe klar, transparent und durchsichtig werden hier synonym verwendet und bezeichnen die Eigenschaft, optisch für Licht in ähnlicher Weise wie Glas durchlässig zu sein.
Ein Ansatz ist die Bildung eines Gels aus einem Polymer und einem Lösungsmittel dafür, das zugleich als Brennstoff dient. So beschreibt die US 3,615,289 eine Mischung aus (a) einem thermoplastischen Polyamid-Harz, das durch Polymerisation von Linolensäure mit einem Polyamin gewonnen wird, (b) einem Alkanolamin oder Alkanolamid und (c) einem Stearinsäurederivat.
Die US 3,819,342 offenbart transparente Kerzen aus einem thermoplastischen Polyamid-Harz und einem brennbaren Lösemittel, welches mit dem Harz eine gelartige Struktur bildet. Diese Kerzenmaterialien haben den Nachteil, dass das Lösungsmittel ausschwitzen kann, was zu einer Beeinträchtigung des Aussehens führt und außerdem aufgrund der Brennbarkeit des Lösemittels eine gewisse Gefahr darstellt. Zudem eignen sich diese Materialien nicht gut zur Herstellung von festen Kerzen sondern müssen üblicherweise in einem Gefäß bereitgestellt werden.
Die US 5,4578,089 beschreibt Copolymere aus Styrol- und Kautschuk-monomeren, die auch zu freistehenden Kerzen verarbeitbar sein sollen. Diese Materialien rußen aber sehr stark und entwickeln auch einen unangenehmen Geruch beim Brennen.
Die US-Patente 5,843,194 und 5,882,363 beschreiben transparente Kerzenmaterialien auf der Basis von Polyamid-Harzen, denen Isostearinsäure bzw. 12- Hydroxystearinsäureester als Gelbildner zugesetzt sind. Die US 6,054,517 beschreibt eine Mischung aus hydriertem Polyisobuten und N-Acylglutaminsäurediamid, wobei ein Teil des Polyisobuten eine Kettenfänge von 23 und ein anderer Teil eine von 6 bis 8 Buteneinheiten aufweist. Alle diese Materialien haben den Nachteil, auf Gefäße angewiesen zu sein. Darüber hinaus bilden sich bei der Verbrennung N-haltiger Brennmaterialien toxische Abgase.
Die bekannten Materialien für transparente Kerzen weisen demnach einen oder mehrere der folgenden Nachteile auf:

- keine ausreichende Eigenstabilität, d. h. ein Gefäß ist zur Stabilisierung der äußeren Form notwendig
- die Konsistenz ist zu weich, gelartig und die Kerze fühlt sich klebrig an
- Rußentwicklung oder Entwicklung unangenehm riechender oder toxischer N-, S- oder Halogen-haltiger Gase beim Brennen
- sogenannte Pilzbildung am Dochtende, verschlechtert das Brennverhalten
- zu hohe Viskosität des geschmolzenen Brennmaterials und damit kleine Flamme
- zu geringe Wärmefreisetzung beim Brennen und damit kleine Brennschüssel
- Verfärbung des Materials in der Brennschüssel
- Cracking bei der Kerzenherstellung bzw. beim Brennen
- Hohe Verarbeitungstemperaturen bei der Kerzenformung

Es stellte sich daher die Aufgabe, ein verbessertes Material zu finden, dass die Herstellung eigenstabiler und transparenter Kerzen erlaubt.
Überraschend wurde gefunden, dass ein Kerzenmaterial aus einem vollhydrierten Kohlenwasserstoffharz und einer Fettsäure bzw. einem Fettsäurederivat diese Aufgabe löst.
Die Erfindung betrifft daher ein Kerzenmaterial, das ein transparentes, aliphatisches Kohlenwasserstoffharz mit einem Schmelzbereich von 60 bis 160°C und eine Fettsäure-Komponente enthält und bei Temperaturen von bis 40°C, vorzugsweise bis 60°C fest ist.
Ausgangspunkt ist ein Kohlenwasserstoffharz als transparentes, brennbares Material, dessen Schmelzbereich nach der Herstellung einer Kerze eine ausreichende Verflüssigung durch die Kerzenflamme ermöglicht. Das Kohlenwasserstoffharz ist im Gegensatz zu den üblichen Paraffinen, die allenfalls opak sind, glasklar durchsichtig. Das Kohlenwasserstoffharz ist üblicherweise eine Mischung aus unterschiedlich langen, ggf. verzweigten Paraffinketten und ggf. auch cyclischen gesättigten Kohlenwasserstoffen, welches einen Schmelzbereich von 60 bis 160°C, vorzugsweise 70 bis 100°C, aufweist. Es ist bei Zimmertemperatur fest, so dass freistehende Kerzen herstellbar sind, die keinerlei Gefäß zur Stabilisierung der äußeren Form benötigen. Das Harz soll vollständig hydriert, d. h. im wesentlichen frei von aromatischen oder ungesättigten Verbindungen sein. Bevorzugt enthält das erfindungsgemäße Kerzenmaterial 20 bis 80 Gew.-%, insbesondere 25 bis 40 Gew.-% des Kohlenwasserstoffharzes. Solche Kohlenwasserstoffharze sind z. B. unter dem Namen Regalite von Eastman Chemical, USA kommerziell erhältlich. Besonders bevorzugt sind Regalite 1090 und Regalite 1100. Diese Materialien bestehen im wesentlichen aus Alkanen und Cycloalkanen.
Wo die Rußbildung nicht stört, eignet sich dieses Harz auch ohne die Fettsäure- Komponente als Kerzenmaterial. Demgemäss betrifft die Erfindung auch die Verwendung eines gesättigten, transparenten Kohlenwasserstoffharzes zur Herstellung von Kerzen, sowie daraus hergestellte Kerzen.
Zur Verminderung bzw. Ausschaltung einer unerwünschten Rußbildung enthält das erfindungsgemäße Kerzenmaterial eine Fettsäure-Komponente. Hierzu eignen sich vor allem Fettsäuren und Fettsäureester. Bevorzugt sind Stearinsäurederivate, wie Stearate, Hydroxystearinsäure etc. Die Fettsäure-Komponente kann flüssig oder fest sein, sie hat vorzugsweise einen Schmelzpunkt im Bereich von 70 bis 100°C. Das erfindungsgemäße Kerzenmaterial enthält soviel Fettsäure- Komponente, dass die Flamme nicht rußt, das sind im allgemeinen 5 bis 70 Gew.-%, insbesondere 10 bis 70 Gew.-%. Je nach gewählter Fettsäure- Komponente ergeben sich bei Anteilen dieser Komponente von etwa 50% und mehr weiche, gelartige Kerzen. Die Fettsäure-Komponente führt zusätzlich zu einer erwünschten Herabsetzung der Viskosität des Kohlenwasserstoffharzes.
Zur Abstimmung des Brennverhaltens bzw. zur Verbesserung der Mischbarkeit der Komponenten des Kerzenmaterials können Mischungen verschiedener Fettsäuren bzw. Fettsäurederivate vorteilhaft sein. So haben sich Mischungen einer Fettsäure, z. B. 12-Hydroxystearinsäure, mit Polyolpartialestern, dimerisierten Fettsäuren, oder Fettsäureestern wie Octylhydroxystearat oder Di(trimethylolpropan)- tetrastearat oder -palmitat bewährt. Mischungen aus einer festen Fettsäure und ein oder mehreren flüssigen Fettsäurederivaten sind bevorzugt.
Bevorzugte Fettsäure-Komponenten sind: 12-Hydroxystearinsäure, beispielsweise als Loxiol G 21 von Cognis, Deutschland erhältlich; Di(trimethylolpropan)- tetrastearat, erhältlich als Hest 2T-4S von Global Seven, Inc. in Paterson, New Jersey, USA sowie Di(trimethylolpropan)tetrapalmitat, erhältlich als Hest 2T-4P von demselben Hersteller; Octylhydroxystearat, als Wickenol 171 von Alzo Inc., Matawan, New Jersey und als Crodamol OHS von Croda, Inc Parsippany, New Jersey erhältlich. Weiterhin eignen sich Polyolpartialester, als Loxiol P 728 von Cognis, Deutschland erhältlich; Polyglyceryl-3-hydroxystearat, als Lameform TGI ebenfalls von Cognis erhältlich; Dioctyladipat, z. B. von Ashland Chemical Co, USA erhältlich und dimerisierte Fettsäure, erhältlich als Pripol1009 von Uniqema, Niederlande.
Als zusätzliche Lösungsvermittler sind Fettalkohole und auch Polyester, Polyether, Polyalkohole mit geeigneten Kettenlängen brauchbar.
Bevorzugt enthält das erfindungsgemäße Kerzenmaterial zusätzlich ein Maskierungsmittel auf Kolophonium-Basis, das die Mischbarkeit des Kohlenwasserstoffharzes mit der Fettsäure-Komponente verbessert und damit die gewünschte Transparenz sicherstellt. Geeignet sind dafür insbesondere vollhydriertes Kolophonium, dimerisiertes Kolophonium, sowie Pentaerythitester oder Glycerinester von hydriertem Kolophonium oder dimerisiertem Kolophonium. Bevorzugt enthält das Kerzenmaterial davon 20 bis 45 Gew.-%, insbesondere 25 bis 35 Gew.-%. Ein vollhydriertes Kolophonium ist z. B. unter der Bezeichnung Foral AX-E von Herkules, Niederlande, erhältlich. Foral 85-E, ein Glycerinester von vollhydriertem Kolophonium, und Polypale, ein dimerisiertes Kolophonium, können von demselben Hersteller bezogen werden.
Alle Bestandteile des Kerzenmaterials müssen so aufeinander abgestimmt sein, dass es nicht durch Unverträglichkeiten zu einer Trübung kommt. Dazu können die einzelnen Substanzen entweder ineinander löslich sein oder ähnliche Brechungsindizes aufweisen. Als geeignete Kombinationen haben sich die folgenden erwiesen:

1. 40 bis 60% Kohlenwasserstoffharz und 60 bis 40% Fettsäure- Komponente, wobei eine Mischung aus zwei oder mehr Fettsäureestern als Fettsäure-Komponente bevorzugt ist. Insbesondere umfasst die Fettsäure- Komponente Di(trimethylolpropan)tetrastearat oder -palmitat und gegebenenfalls einen langkettigen Fettsäureester, vorzugsweise Octylhydroxystearat.
2. 25 bis 35% Kohlenwasserstoffharz, 30 bis 50% Fettsäure-Komponente und 25 bis 35% Maskierungsmittel, vorzugsweise vollhydriertes Kolophonium, wobei die Summe der Bestandteile sich zu 100% ergänzen muss. Die Fettsäure-Komponente besteht vorzugsweise aus 12-Hydroxystearinsäure und einem oder mehreren weiteren Stearinsäurederivaten.

Alle %-Angaben beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf das Gewicht.
Gewünschtenfalls können dem Kerzenmaterial Farbstoffe und/oder Duftstoffe zugesetzt werden. Bei deren Auswahl ist das Brennverhalten entscheidend, selbstverständlich dürfen solche Zusätze nicht zur Bildung toxischer Abgase führen oder das Brennverhalten wesentlich beeinflussen. Geeignete Duftstoffe sind z. B. in der US 5,843,194 offenbart und von Noville, USA erhältlich. Diese Zusätze sind typischerweise in Mengen von bis zu 5%, bevorzugt von etwa 3% vorhanden.
Weiterhin können die erfindungsgemäßen transparenten Kerzen ebenso wie die bisher bekannten Gelkerzen Dekorationsobjekte als Einschlüsse enthalten. Beispielsweise natürliche Produkte wie Muscheln, Pflanzen(teile) etc. oder Figuren aus Kunststoff, Glasperlen, Steine und ähnliches. Es ist auch möglich, das Kerzenmaterial für eine Kerze in zwei oder mehr verschiedenen Farben einzufärben und dadurch interessante Farbeffekte zu erzielen.
Das erfindungsgemäße Kerzenmaterial wird aus kommerziell erhältlichen Komponenten hergestellt. Die einzelnen Komponenten werden bei Temperaturen von 80 bis 130°C durch intensives Rühren miteinander vermischt. Zweckmäßigerweise wird mit einer in größeren Mengen enthaltenen, niedrig schmelzenden oder flüssigen Komponente begonnen. Die anderen Komponenten werden dann nach und nach zugefügt, und solange gerührt, bis die Mischung klar ist. Wenn bei Materialien mit drei oder mehr Einzelsubstanzen zwei davon weniger verträglich sind, ist es vorteilhaft, eine der weniger verträglichen Substanzen zuletzt zuzufügen.
Aus dem erfindungsgemäßen Kerzenmaterial können in an sich bekannter Weise Kerzen hergestellt werden, vor allem durch Gießen oder Ziehen. Die Erfindung bezieht sich auch auf Kerzen, die aus dem erfindungsgemäßen Kerzenmaterial hergestellt sind.
Die Erfindung soll anhand der folgenden Beispiele näher erläutert werden, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

Beispiel 1

Herstellung des Kerzenmaterials

290 g 12-Hydroxystearinsäure (Loxiol G21) werden mit 120 g Polyolpartialester (Loxiol P 728) und 20 g Polyglyceryl-3-diisostearat, 4 (Lameform TGI) in einem Behälter aus rostfreiem Stahl geeigneter Größe eingebracht und unter Rühren auf 120°C erhitzt bis eine klare, gelbliche Lösung entsteht. Danach werden 280 g vollhydriertes Kolophonium (Foral AX-E) zugefügt und die Masse schlierenfrei gerührt. Anschließend werden 290 g Kohlenwasserstoffharz (Regalite 1090) zugefügt und wieder schlierenfrei gerührt.

Beispiel 2

Analog zu Beispiel 1 wurden folgende Kerzenmaterialien hergestellt:
55% Kohlenwasserstoffharz Regalite 1090
15% 12-Hydroxystearinsäure Loxiol G 21
30% vollhydr. Kolophonium Foral AX-E
35% Kohlenwasserstoffharz Regalite 1090
20% 12-Hydroxystearinsäure Loxiol G 21
10% dimerisierte Fettsäure Pripol 1009
35% vollhydr. Kolophonium Foral AX-E
35% Kohlenwasserstoffharz Regalite 1090
25% 2-Hydroxystearinsäure Loxiol G 21
5% dimerisierte Fettsäure Pripol 1009
35% vollhydr. Kolophonium Foral AX-E
31% Kohlenwasserstoffharz Regalite 1090
26% 2-Hydroxystearinsäure Loxiol G 21
8% Polyolpartialester Loxiol P728
4% dimerisierte Fettsäure Pripol 1009
31% vollhydr. Kolophonium Foral AX-E
28% Kohlenwasserstoffharz Regalite 1090
26% 2-Hydroxystearinsäure Loxiol G 21
14% Polyolpartialester Loxiol P728
4% Polyglyceryl-3-diisostearat Lameform TGI
31% vollhydr. Kolophonium Foral AX-E

Beispiel 3

Kerzenherstellung

Aus den oben angegebenen Kerzenmaterialien wurden Kerzen hergestellt, indem das auf ca. 80°C abgekühlte noch fließfähige Material in eine Gießform eingefüllt wird. In der Gießform sind ein auf das Kerzenmaterial und die Kerzengröße abgestimmter Docht sowie gewünschtenfalls Dekorationsobjekte eingebracht. Nach dem Erkalten wird die Kerze aus der Gießform entnommen. Man erhält freistehende, transparente Kerzen mit einem hervorragenden Brennverhalten. Die Kerzen rußen wenig bis gar nicht und bilden keine giftigen, d. h. N-, S- oder Halogen-haltigen Abgase. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Materials ist die niedrige Verarbeitungstemperatur von unter 100°C bei der Kerzenherstellung, die aufwändige Sicherheitsmaßnahmen entbehrlich macht.

Beispiel 4

Gelkerzen

Octylhydroxystearat (Wickenol 171) wurde in ein Mischgefäß geeigneter Größe gegeben und unter Rühren auf 70°C erhitzt. Bei dieser Temperatur wurde unter Rühren zunächst das Kohlenwasserstoffharz (Regalite 1090) und dann als zweite sauerstoffreiche Komponente Di(trimethylolpropan)tetrastearat bzw. -palmitat zugegeben. Es wurde so lange gerührt, bis die Mischung klar war.
Die Mischungen
50% Kohlenwasserstoffharz Regalite 1090
35% Di(trimethylolpropan)tetrastearat HEST 2T-4S
15% Octylhydroxystearat Wickenol 171
und
50% Kohlenwasserstoffharz Regalite 1090
35% Di(trimethylolpropan)tetrapalmitat HEST 2T-4P
15% Octylhydroxystearat Wickenol 171
ergeben weiche, nicht freistehende Kerzen, die wie die bekannten Gelkerzen ein Gefäß zur Stabilisierung der äußeren Form benötigen. Gegenüber den bekannten Gelkerzen rußen sie aber nicht, und da keine N-, S- oder Halogen-haltigen Komponenten enthalten sind, werden keine diese schädliche Bestandteile enthaltenden Abgase freigesetzt. Die Kerzen werden durch Einfüllen des noch fließfähigen Materials in die gewählten Gefäße hergestellt. Ein Docht sowie gewünschtenfalls Dekorationsobjekte können dabei entweder vor dem Einbringen des Kerzenmaterials oder danach in das noch fließfähige Material eingebracht werden.

Claims

1. Transparentes Kerzenmaterial auf der Basis von gesättigten Kohlenwasserstoffen dadurch gekennzeichnet, dass es bis 40°C fest ist und transparentes Kohlenwasserstoffharz mit einem Schmelzbereich von 60 bis 160°C und eine Fettsäure-Komponente enthält.

2. Kerzenmaterial gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es bis 60°C fest ist und das Kohlenwasserstoffharz einen Schmelzbereich von 70 bis 100°C aufweist.

3. Kerzenmaterial gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlenwasserstoffharz im wesentlichen frei von aromatischen und N-, S- oder Halogenhaltigen Verbindungen ist.

4. Kerzenmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fettsäure-Komponente ausgewählt ist unter gegebenenfalls substituierten Fettsäuren und Fettsäureestern oder Mischungen davon.

5. Kerzenmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fettsäure-Komponente eine Mischung aus einer gegebenenfalls substituierten Fettsäure und einem oder mehreren Fettsäureestern ist.

6. Kerzenmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fettsäure-Komponente eine Mischung aus mehreren Fettsäureestern ist.

7. Kerzenmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es aus 40 bis 60% Kohlenwasserstoffharz und 60 bis 40% Fettsäure-Komponente besteht.

8. Kerzenmaterial nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es aus 45 bis 55% Kohlenwasserstoffharz, 30 bis 40% Di(trimethylolpropan)tetrastearat oder -palmitat und 10 bis 20% eines langkettigen Fettsäureesters besteht.

9. Kerzenmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Maskierungsmittel auf Basis von Kolophonium enthalten ist.

10. Kerzenmaterial gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Maskierungsmittel ausgewählt ist unter vollhydriertem Kolophonium, dimerisiertem Kolophonium, sowie Pentaerythitester oder Glycerinester von hydriertem Kolophonium oder dimerisiertem Kolophonium.

11. Kerzenmaterial gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass es aus 25 bis 35% Kohlenwasserstoffharz, 30 bis 50% Fettsäure- Komponente und 25 bis 35% Maskierungsmittel besteht.

12. Kerzenmaterial gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fettsäure-Komponente 12-Hydroxystearinsäure gegebenenfalls in Mischung mit einem oder mehreren Fettsäureestern ist.

13. Transparente Kerze, bestehend aus einem Kerzenkörper und mindestens einem Docht, dadurch gekennzeichnet, dass der Kerzenkörper aus einem Kerzenmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 und gegebenenfalls Duftstoffen, Farbstoffen und/oder darin eingeschlossenen Dekorationsobjekten besteht.

14. Verwendung eines transparenten Kohlenwasserstoffharzes mit einem Schmelzbereich von 60 bis 160°C, vorzugsweise 70 bis 100°C, das im wesentlichen frei von aromatischen und N-, S- oder Halogen-haltigen Verbindungen ist, zur Herstellung von transparenten Kerzen, die bis 40°C, vorzugsweise bis 60°C, fest sind.

15. Transparente Kerze, bestehend aus einem Kerzenkörper und mindestens einem Docht, dadurch gekennzeichnet, dass der Kerzenkörper bis 40°C, vorzugsweise bis 60°C, fest ist und aus einem festen, transparenten Kohlenwasserstoffharz mit einem Schmelzbereich von 60 bis 160°C, vorzugsweise 70 bis 100°C, das im wesentlichen frei von aromatischen und N-, S- oder Halogen-haltigen Verbindungen ist, und gegebenenfalls Duftstoffen, Farbstoffen und/oder darin eingeschlossenen Dekorationsobjekten besteht.