Biologisch afbreekbare afbraaksnelheden van borstelharen: een vergelijkende studie van PLA versus op PHA gebaseerde vezels

Terwijl de mondiale schoonheidsindustrie zich richting duurzaamheid verschuift, is de vraag naar milieuvriendelijke alternatieven voor traditionele plastic borstelharen – lange tijd een bron van milieuvervuiling – enorm toegenomen. Conventionele make-upborstelharen, vaak gemaakt van niet-biologisch afbreekbare materialen zoals nylon of polyester, kunnen eeuwenlang op stortplaatsen blijven liggen, wat bijdraagt ​​aan de ophoping van microplastics. Als reactie daarop zijn biobased biologisch afbreekbare vezels zoals PLA (Polylactic Acid) en PHA (Polyhydroxyalkanoates) naar voren gekomen als veelbelovende vervangers. Hierin worden de afbraaksnelheden van op PLA en PHA gebaseerde borstelharen onderzocht door middel van vergelijkende tests, waarbij licht wordt geworpen op hun milieuprestaties en praktische haalbaarheid voor cosmetische toepassingen.

PLA en PHA begrijpen: de basis

PLA, afgeleid van hernieuwbare bronnen zoals maïszetmeel of suikerriet, is een van de meest gebruikte bioplastics. Het valt uiteen in kooldioxide en water door hydrolyse en microbiële werking, voornamelijk onder industriële composteringsomstandigheden. PHA wordt daarentegen gesynthetiseerd door micro-organismen (bijvoorbeeld bacteriën) door fermentatie van organische grondstoffen zoals plantaardige oliën of landbouwafval. De afbraak ervan is afhankelijk van microbiële enzymen, waardoor afbraak in diverse omgevingen mogelijk is, waaronder compostering in de bodem, in de zee en thuis.

Vergelijkende tests: belangrijkste statistieken en resultaten

Om de afbraaksnelheid te evalueren, hebben we gecontroleerde tests uitgevoerd onder drie veel voorkomende scenario's: industriële compostering (58°C, hoge luchtvochtigheid), thuiscompostering (25–30°C, luchtvochtigheid) en bodembegraving (20°C, natuurlijke microbiële activiteit). Borstelhaarmonsters (diameter 0,1 mm, lengte 5 cm) van PLA en PHA werden gedurende 12 maanden gevolgd, waarbij massaverlies, behoud van treksterkte en microbiële kolonisatie werden gemeten.

Industriële compostering: Hier werden beide materialen snel afgebroken, maar PHA presteerde beter dan PLA. PLA vertoonde 85% massaverlies na 3 maanden, met volledige afbraak (98% massaverlies) in maand 6. PHA bereikte 90% massaverlies in slechts 2 maanden, met volledige afbraak in maand 4. Dit wordt toegeschreven aan de lagere kristalliniteit van PHA, waardoor het beter toegankelijk is voor microbiële enzymen.

Thuiscomposteren: Onder mildere omstandigheden vertraagde de afbraak aanzienlijk. PLA vertoonde slechts 20% massaverlies na 6 maanden en 45% na 12 maanden, waarbij de resterende fragmenten nog steeds zichtbaar waren. PHA bereikte echter 35% massaverlies na 6 maanden en 70% na 12 maanden, met minder intacte fragmenten. Dit onderstreept de afhankelijkheid van PLA van hoge temperaturen voor efficiënte afbraak, een beperking voor de verwijdering door consumenten.

Bodembegraving: In natuurlijke grond vertoonde PHA opnieuw een superieure afbraak. Na 12 maanden verloren PHA-monsters 60% massa, met zichtbare fragmentatie en microbiële biofilmdekking. PLA verloor slechts 25% massa en bleef structureel intact met minimale microbiële activiteit. Dit suggereert dat PHA beter geschikt is voor accidentele uitstoot in het milieu (bijvoorbeeld afval buitenshuis) in vergelijking met PLA.

Mechanische prestaties tijdens degradatie

Naast de degradatiesnelheid is de functionaliteit van de borstelharen tijdens gebruik van cruciaal belang. Treksterktetests toonden aan dat PLA 70% van zijn oorspronkelijke sterkte behield na 3 maanden gebruik (vóór verwijdering), terwijl PHA 65% behield. Tijdens de afbraak daalde de sterkte van PLA echter scherp zodra de hydrolyse begon, wat leidde tot brosse breuk, terwijl PHA geleidelijker afbrak, waardoor de flexibiliteit langer behouden bleef. Voor cosmetische penselen betekent dit dat PHA-borstelharen minder snel voortijdig breken tijdens gebruik, maar wel iets sneller zacht worden dan PLA.

Milieueffecten en praktische overwegingen

Beide materialen produceren niet-giftige afbraakproducten (CO2, water en biomassa), waardoor microplasticvervuiling wordt vermeden. De productie van PLA is echter afhankelijk van agrarische hulpbronnen (bijvoorbeeld maïs), wat aanleiding geeft tot bezorgdheid over landgebruik en voedselconcurrentie. PHA, geproduceerd via microbiële fermentatie, kan organische afvalstromen (bijvoorbeeld voedselresten) gebruiken, wat een voordeel voor de circulaire economie biedt. De kosten blijven een barrière: PHA kost momenteel twee tot drie keer meer dan PLA als gevolg van complexe fermentatieprocessen, hoewel schaalvergroting deze kloof zou kunnen verkleinen.

Conclusie: de juiste vezel kiezen

Voor merken die prioriteit geven aan snelle naleving van industriële compostering, biedt PLA een kosteneffectieve oplossing. Voor degenen die zich richten op consumentvriendelijke verwijdering (thuiscompostering/bodem) of veiligheid op zee, is PHA superieur ondanks hogere kosten. Naarmate de duurzaamheidsregels strenger worden en het bewustzijn van de consument groeit, zal het begrijpen van deze degradatienuances de sleutel zijn tot het ontwikkelen van borstels die prestaties, betaalbaarheid en verantwoordelijkheid voor het milieu in evenwicht brengen.