Скорость разложения биоразлагаемой щетины: сравнительное исследование волокон PLA и волокон на основе PHA

Поскольку глобальная индустрия красоты переходит к устойчивому развитию, спрос на экологически чистые альтернативы традиционным пластиковым щетинам, которые долгое время были источником загрязнения окружающей среды, резко возрос. Обычная щетина кистей для макияжа, часто изготовленная из небиоразлагаемых материалов, таких как нейлон или полиэстер, может сохраняться на свалках веками, способствуя накоплению микропластика. В ответ на это в качестве многообещающих заменителей появились биоразлагаемые волокна на биологической основе, такие как PLA (полимолочная кислота) и PHA (полигидроксиалканоаты). В ходе сравнительного тестирования изучаются темпы деградации щетинок на основе PLA и PHA, что проливает свет на их экологические характеристики и практическую пригодность для косметического применения.

Понимание PLA и PHA: основы

PLA, полученный из возобновляемых ресурсов, таких как кукурузный крахмал или сахарный тростник, является одним из наиболее широко используемых биопластиков. Он разлагается на углекислый газ и воду посредством гидролиза и микробного воздействия, прежде всего в условиях промышленного компостирования. PHA, напротив, синтезируется микроорганизмами (например, бактериями) посредством ферментации органического сырья, такого как растительные масла или сельскохозяйственные отходы. Его разложение зависит от микробных ферментов, что позволяет разлагать его в различных средах, включая почву, морскую среду и домашнее компостирование.

Сравнительное тестирование: ключевые показатели и результаты

Чтобы оценить скорость разложения, мы провели контролируемые испытания по трем распространенным сценариям: промышленное компостирование (58°C, высокая влажность), домашнее компостирование (25–30°C, влажность окружающей среды) и захоронение в почве (20°C, естественная микробная активность). Образцы щетинок (диаметр 0,1 мм, длина 5 см) из PLA и PHA контролировались в течение 12 месяцев, измеряя потерю массы, сохранение прочности на разрыв и колонизацию микробов.

Промышленное компостирование: здесь оба материала быстро разлагались, но PHA превзошел PLA. PLA показал потерю массы 85% через 3 месяца с полной деградацией (потеря массы 98%) к 6-му месяцу. PHA достиг 90%-ной потери массы всего за 2 месяца с полной деградацией к 4-му месяцу. Это объясняется более низкой кристалличностью PHA, что делает его более доступным для микробных ферментов.

Домашнее компостирование: В более мягких условиях деградация значительно замедляется. PLA показал потерю массы только 20% через 6 месяцев и 45% через 12 месяцев, при этом остаточные фрагменты все еще были видны. PHA, однако, достиг 35% потери массы через 6 месяцев и 70% через 12 месяцев с меньшим количеством интактных фрагментов. Это подчеркивает зависимость PLA от высоких температур для эффективного разрушения, что является ограничением для утилизации потребителем.

Захоронение в почве: В естественной почве ПГА снова продемонстрировал превосходную деградацию. Через 12 месяцев образцы PHA потеряли 60% массы с видимой фрагментацией и покрытием микробной биопленкой. PLA потерял всего 25% массы, оставаясь структурно неповрежденным с минимальной микробной активностью. Это говорит о том, что PHA лучше подходит для случайных выбросов в окружающую среду (например, отходы вне помещений) по сравнению с PLA.

Механические характеристики во время деградации

Помимо скорости деградации, решающее значение имеет функциональность щетины во время использования. Испытания на прочность на растяжение показали, что PLA сохранил 70% своей первоначальной прочности после 3 месяцев использования (до утилизации), тогда как PHA сохранил 65%. Однако во время деградации прочность PLA резко упала, как только начался гидролиз, что привело к хрупкому разрушению, тогда как PHA деградировал более постепенно, сохраняя гибкость дольше. Для косметических кистей это означает, что щетинки PHA с меньшей вероятностью преждевременно сломаются во время использования, но могут размягчаться немного быстрее, чем PLA.

Воздействие на окружающую среду и практические соображения

Оба материала производят нетоксичные продукты разложения (CO2, воду и биомассу), избегая загрязнения микропластиком. Однако производство НОАК зависит от сельскохозяйственных ресурсов (например, кукурузы), что вызывает обеспокоенность по поводу землепользования и конкуренции между продуктами питания. PHA, производимый посредством микробной ферментации, может использовать потоки органических отходов (например, пищевые отходы), что дает преимущество экономики замкнутого цикла. Стоимость остается барьером: PHA в настоящее время стоит в 2–3 раза дороже, чем PLA, из-за сложных процессов ферментации, хотя масштабирование может сократить этот разрыв.

Заключение: выбор правильного волокна

Для брендов, отдающих приоритет быстрому соблюдению требований промышленного компостирования, PLA предлагает экономически эффективное решение. Для тех, кто нацелен на утилизацию, удобную для потребителя (домашнее компостирование/почва) или на безопасность на море, PHA предпочтительнее, несмотря на более высокую стоимость. Поскольку правила устойчивого развития ужесточаются, а осведомленность потребителей растет, понимание этих нюансов деградации станет ключом к разработке щеток, которые сочетают в себе производительность, доступность и экологическую ответственность.