COMPOST1'ION COMBUSTIBLE PRODUISANT UNE FLAMME COLORÉE.
Descriptioa.
Selon un premier aspect, l'invention se rapporte à une composition combustible solide ou liquide, susceptible de briller 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 â flamme de couleur préparé à partir de ladite composition combustible. Selon un troisième aspect, la prêsente 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 brùlant, 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 combush'ble, un mélange de paraffine, de stéarine et, en proportion mineure, de cire d'abeille et de cire minêraie.
Les compositions utzlisées comprennent majoritairement (80 à 90% en poids) de la paraffine et de 10 à 20 % en poids de stéarine, afin d'amëliorer les propriétés de fusion de la composition, de lui conférer une meflleure co~mpati'bflité entre ses di~rents constituants et d'empècher 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 phênomène de capfllarité et s'enfllamme à l'extrémitê 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 ia matière combustible à
l'état fondu, les parfums ou â~ances, tel que l'enctns.
Depuis de nombreuses années, un graad nombre d'efforts ont été déployés dans le but d'obtenir une bougie suscxptible de brûler en produisant use 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 métalloides à faible potentiel d'excitation, lorsqu'ils se retrouvent en phase vapeur et sont dans un état su~samment excité, émettent une radiation dans le spectre visible. La combustion vive de ces cléments dans une flamme donne à celle-ci une teinte caractéristique.
Les agents chromogènes conventionnellement utilisés pour Ia préparation de bougies à
flamme de couleur choisie consistent par exemple en les dérivés de fa,cide borique, les composés du cuivre, les composés du thallium, ete. pour une flamme de couleur verte, les composês du lithium, du strontium, etc. pour une flamme de couleur rouge, les
2 halogénures du cuivre pour une flamme de couleur bleue, les drivés du sodium pour une flamme de couleur jaune, les drnés du laathane pour une flamme de couleur orange, etc.
Ainsi, on a djà 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 êté imprcgnée avec une aohttion d'un sel, d'un oxyde ou d'un hydroxyde de métal alcalin ou alcalino-terreux. On a également déjà essayé
d'utfliaer une matière fusûble 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 bougiees possédant un revétement contenant ces différents agents chromogènes. Lors de la combustion de la bougie, le revétement fond et h'bère ces agtnts chromogènes dans le mélange en fusion dans lequel trempe la mèche.
Aucune de ces solutions n'est réellement satiafaisaute du fait de la aon_homogénéité de oes 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" layant 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'in~rporer dans la composition combustible un agent combustible, solide ou liguide, susceptible d'élever la température de la flamme. Par exemple, la demande de certificat d'utilité
français 2675813 recommande d'uüliaer l~examéthyl~netétramine à cette fin. On trouve également dans la littérature mention de l'utilisation de méthaldéhyde ou d'hydrazine dans le méme but.
En pratique, ces solutions ne s'avèrent pas non plus satisfaisantes.
Pour qu'une bougie soit acceptable, il est indispensable que le mélaage dont elle est constituée puisse fondre de maaière cantrblée sous l'effet de la chaleur. En d'autres termes, au niveau de la mâche, 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 inesthetique. Le diamètre du cratère,
3 PCTBE99/00005 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 Ia 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 Ia vitesse de consommation, la mèche s'assèche rapidement de matière combustible et elle finit elle-méme par brùler. Par voie de conséquences, la longueur de la mèche diminue et la bougie s'éteint. Dans le cas contraire, (arrivée de matière combustible à
la hauteur de Ia flamme est telle que la flamme grandit, descend au niveau du cratère en fusion qui finit Iui-méme par s'enflammer, mettant le feu à (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, (agent chromogène et le composë 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 ètre 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 mëlange ne doit pas pouvoir s'enflammer spontanément, faute de quoi, le cratère en fusion pourrait s'enflammer directement, mettant lui-même le feu à (ensemble de la bougie.
Conformément à la présente invention, pour préparer une composdtion combustible susceptible de brùler avec une flamme de couleur choisie, on propose de mettre en aeuvre 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 infêrieure à
50% en poids) des constituants combustibles conventionnels (cires, paraffine, acide gras, ...) diane bougie connue.
Il est bien entendu que dans le cadre de la présente invention, l'agent chromogène peut être un mélange de differents agents chromogènes.
La demanderesse a en effet remarqué que la triéthanolamine pouvait ètre 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 Ies 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, Ia triéthanolamine et (agent chromogène à eux seuls peuvent fournir la composition combustible qui sera utilisée pour la fabrication de ia bougie. Les autres constituants conventionnels de la bougie (cires, paraffne, ...), s'ds 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 coùt très faible de Ia trièthanolamine par rapport aux constituants classiques des cires, ceci représente un avantage Ioin d'étre négligeable.
En deuxième Iieu, la demanderesse a constaté que (acide borique et ses dérivés, la.
plupart des dérivés du cuivre, du thallium, du tellure, du strontium, du calcium, du lanthaae et du sodium, etc. ou, d'une manière plus générale, les composés minéraux ou organométaliiques utilisés canventioaneüement en tant qu'agents chromogènes, sont Iargeme~t solubles dans Ia triéthanolamine. Dès lors, la composition combustz'bIe selon (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 cnaxère de matière en fusion lorsque la bougie est utilisée, ce qui a pour conséquence, que Ie mélange montant dans la mèche par capillarité et brùlant à son extrémité est également parfaitement homogène. Tout (agent chromogène est donc bien brvilé 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-aprës et quelques essais de routine, Ies proportions des différents constituants des compositions à mettre en aeuvre. Typiquement, une composition combustible selon (invention peut comprendre de 1 à 99 % ea poids de triéthanolamine et le reste d'agent chromogène.
Ainsi qu'il a été exposé ci-avant, Ia. triéthanola~miae et (agent chromogène peuvent à
eux seuls fournir une composition combustible selon (invention. Toutefois, ti est avantageux que la composition comprennent également de Ia stéarine. On a en effet observé que (adjonction de stéarine évite à la composition combusrible 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, Ies proportions des di$ër~ents constituants des i.
compositions à mettre en aeuvre. Avantageusement, une composition comb ~~~ ~~
selon (invention peut comprendre de 1 à 98 % en poids de triéthanolamine, ~8 ô, en poids de stéarine et le reste d'agent chromogène.
Un avantage supplémentaire de la triéthanolamine est sa parfaite compatibûité
avec les composants classiques des cires utilisées dans Ies bougies. Comme indiqué ci-avant, ~1 est essentiel que la composition combustzôie soit ïa plus homogène possible, résultat qu'il est possible d'atteindre gràce aux compositions de ia. présente invention contrairement aux solutions préconisées dans (état de ia technique.
D'une manière avantageuse, l'agent chromogène mis en oeuvre est un composé de féthanolamine tel que le borate de txiéthanolamine si fon souhaite obtenir une flamme ::::::::::::::::::::::::.:.:::.:::::>::.:_,:::::::: :.~/::~~::.
?::.:.~; ~...' ':::_. :'~~:'....:!1~.:~~:-:~' ...:: = :::.:~: ~ .':~1,'.i f~~'~.~~.,~;:#~~: FEUILLE Nn~IFIEE :E:::
de couleur verte. Dans ce cas en effet, (agent chromogène est presque infiniment soluble dans la composition combustible et en augmentant ia concentration en cet agent. on peut sensiblement améliorer (intensité de la couleur. En outre, les âérivés de féthanolaniine semblent brùler sans former de résidu de combustion noir peu esthétique autour du cratère de matière en fusion.
Lorsque (agent chromogène est un mélange de plusieurs agents chromogènes, un, plusieurs ou tous ceux-ci peuvent donc ètre des dérivés de l'éthanolamine.
La composition combustible selon la prësente invention peut ètre 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 ua réservoir comportant une mèche partiellement immergée dans ledit réservoir, toutefois étant donné qu'au départ, elle a été conçue pour 1a fabrication de bougie, son utilisation principale se fera en tant que bougie. De telles bougies à flamme colorée sont utilisées lors de diverses cérémonies, fètes 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 ut~isables pour la fabrication de bougies, les compositions préfërées fournissant les bouges préférées.
Selon un denaier aspect, la présente invention concerne ua procédé pour ia fabrication d'une bougie comprenant les étapes suivantes:
a) chaufïage de la triéthanolamine à une température comprise entre 53 et I00°C;
b} incorporation de (agent chromogène dans la triéthanolamiae;
c} en option, incorporation de Ia stéarine dans la triéthanolamine;
d) çoulage du méla~e homogène obtenu rès les deux ou trois étapes précédentes .O
rQqtc. a~é~.~.lQ., ~'u~r~~ta."pos:.C'te~rtç,~n arn2 a b~~p~-esS~, :~.,~e.~,tl;~,,~
da~~'un moule dans lequel on a préalabbie t foré une mèche;
e) refroidissement de la compo~tion coulée dans le moule; et f) démoulage de I,a bougie.
On notera que les étapes bj et c) peuvent ètre interverties ou mises en oeuvre simultanément On cotera également que le chauffage de la triéthanolamine (étape a)) peut également ètre mis en oeuvre avant, pendant ou après les étapes b) et c), ou selon toute autre combinaison imaginable. On préfere toutefois (ordre a), b), c) en raison de la lenteur de la solubiîisation de (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 (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 ej peut s'effectuer par les moyens convenüonaels connus de l'homme du métier tels que (immersion dans un bain d'eau, le refroidissement à air <:~:::::
FEUILLE ~~OUIFI~E
En option, le procédé indiqué ci-avant peut comprendre une étape supplémentaire (g}) d'enrobage de la bougie consistant à plonger la bougie une fais démoulée dans un bain de matière enrobante à (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-méme.
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 libéres dans I O I'atmosphére.
Selon un autre mode de réalisation, la bougie étre 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 Ia ûamme puisse changer.
F7~1HP3~S
Exemple 1. Bougie à flamme de couleur verte.
d~~i'o.a,,n olo~.rri:~ne On introduit 80 ml (90 g)~ans un récipient disposé dans un bain-marie et l'on chaxZffe entre 80 et 95°C. On ajoute alois, petit à petit et sous agitation constante, I6 g d'acide borique. On introduit ensuite, toujours par petite quantitë et sous agitation, 16 g de stéarine. On coule à chaud ie mélange ainsi obtenu dans un moule cylindrique dans lequel on a préalablement fixé une mèche tressée de grande talle. On laisse refroidir à
l'air libre et on démouie.
On a reproduit cet exemple en augmentant progressivement Ia quantité de stéarine jusqu'à 32 g. On note que plus la quantité de stéarine est élevëe, meilleure est la bougie du point de vue de sa consistance, par çonne, lorsqu'on approche de 32 g de stéarine, on perd quelque peu la couleur verte de Ia flamme.
Exemple 2. Bougie av ~ ~ç ldç~ uleur verte.
On introduit 80 ml (90~ans ua 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, I6g de borate de triéthanolamine. On introduit ensuite, toujours par petite quantité
et sous agitation, 16 g de stéa:iae. On coule à chaud le méiaage ainsi obtenu dans un moule cylindrique dans iequel an 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 Ia bougie obtenue à fexempie 1 ou 2 dans un bain de stéarine fondue ' pendant 5 à 10 secondes et an laisse refroidir.
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~unL~ r~ au~Fn~
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, extrèmement 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.