Tỷ lệ thoái hóa lông có thể phân hủy sinh học: Một nghiên cứu so sánh giữa sợi PLA và sợi dựa trên PHA

Khi ngành công nghiệp làm đẹp toàn cầu chuyển sang hướng bền vững, nhu cầu về các sản phẩm thay thế thân thiện với môi trường cho những chiếc lông bàn chải bằng nhựa truyền thống — từ lâu đã là nguồn gây ô nhiễm môi trường — đã tăng lên. Lông cọ trang điểm thông thường, thường được làm từ vật liệu không phân hủy sinh học như nylon hoặc polyester, có thể tồn tại trong các bãi chôn lấp trong nhiều thế kỷ, góp phần tích tụ vi nhựa. Đáp lại, các loại sợi có khả năng phân hủy sinh học dựa trên sinh học như PLA (Polylactic Acid) và PHA (Polyhydroxyalkanoates) đã nổi lên như những chất thay thế đầy hứa hẹn. Nghiên cứu này khám phá tốc độ phân hủy của lông bàn chải làm từ PLA và PHA thông qua thử nghiệm so sánh, làm sáng tỏ hiệu quả môi trường và khả năng tồn tại thực tế của chúng đối với các ứng dụng mỹ phẩm.

Hiểu PLA và PHA: Những điều cơ bản

PLA, có nguồn gốc từ các nguồn tài nguyên tái tạo như tinh bột ngô hoặc mía, là một trong những loại nhựa sinh học được sử dụng rộng rãi nhất. Nó phân hủy thành carbon dioxide và nước thông qua quá trình thủy phân và hoạt động của vi sinh vật, chủ yếu trong điều kiện ủ phân công nghiệp. Ngược lại, PHA được tổng hợp bởi các vi sinh vật (ví dụ: vi khuẩn) thông qua quá trình lên men nguyên liệu hữu cơ như dầu thực vật hoặc chất thải nông nghiệp. Sự phân hủy của nó phụ thuộc vào các enzyme của vi sinh vật, cho phép phân hủy trong các môi trường khác nhau, bao gồm cả đất, biển và quá trình ủ phân tại nhà.

Kiểm tra so sánh: Các số liệu và kết quả chính

Để đánh giá tốc độ phân hủy, chúng tôi đã tiến hành các thử nghiệm có kiểm soát theo ba tình huống phổ biến: ủ phân công nghiệp (58°C, độ ẩm cao), ủ phân tại nhà (25–30°C, độ ẩm xung quanh) và chôn lấp trong đất (20°C, hoạt động của vi sinh vật tự nhiên). Các mẫu lông (đường kính 0,1 mm, dài 5 cm) PLA và PHA được theo dõi trong 12 tháng, đo lường sự hao hụt khối lượng, khả năng duy trì độ bền kéo và sự xâm nhập của vi sinh vật.

Ủ phân công nghiệp: Ở đây, cả hai vật liệu đều phân hủy nhanh chóng, nhưng PHA hoạt động tốt hơn PLA. PLA cho thấy mất khối lượng 85% sau 3 tháng, với sự phân hủy hoàn toàn (mất khối lượng 98%) vào tháng thứ 6. PHA đạt được sự mất khối lượng 90% chỉ trong 2 tháng, và phân hủy hoàn toàn vào tháng thứ 4. Điều này là do PHA có độ kết tinh thấp hơn, khiến nó dễ tiếp cận hơn với các enzyme vi sinh vật.

Ủ phân tại nhà: Trong điều kiện ôn hòa hơn, quá trình phân hủy chậm lại đáng kể. PLA chỉ cho thấy sự mất khối lượng 20% ​​sau 6 tháng và 45% sau 12 tháng, các mảnh còn sót lại vẫn còn nhìn thấy được. Tuy nhiên, PHA đạt mức giảm khối lượng 35% sau 6 tháng và 70% sau 12 tháng, với ít mảnh còn nguyên vẹn hơn. Điều này nhấn mạnh sự phụ thuộc của PLA vào nhiệt độ cao để phân hủy hiệu quả, một hạn chế đối với việc tiêu hủy của người tiêu dùng.

Chôn lấp trong đất: Trong đất tự nhiên, PHA một lần nữa thể hiện khả năng phân hủy vượt trội. Sau 12 tháng, các mẫu PHA mất đi 60% khối lượng, có sự phân mảnh rõ ràng và màng sinh học vi khuẩn bao phủ. PLA chỉ mất 25% khối lượng, vẫn giữ nguyên cấu trúc với hoạt động vi sinh vật ở mức tối thiểu. Điều này cho thấy PHA phù hợp hơn với việc thải ra môi trường một cách vô tình (ví dụ: chất thải ngoài trời) so với PLA.

Hiệu suất cơ học trong quá trình xuống cấp

Ngoài tốc độ xuống cấp, chức năng của lông trong quá trình sử dụng là rất quan trọng. Các thử nghiệm độ bền kéo cho thấy PLA vẫn giữ được 70% độ bền ban đầu sau 3 tháng sử dụng (trước khi thải bỏ), trong khi PHA giữ được 65%. Tuy nhiên, trong quá trình phân hủy, độ bền của PLA giảm mạnh khi quá trình thủy phân bắt đầu, dẫn đến vết nứt giòn, trong khi PHA phân hủy dần dần, duy trì tính linh hoạt lâu hơn. Đối với cọ trang điểm, điều này có nghĩa là lông PHA ít có khả năng bị gãy sớm trong quá trình sử dụng nhưng có thể mềm nhanh hơn một chút so với PLA.

Tác động môi trường và những cân nhắc thực tế

Cả hai vật liệu này đều tạo ra các sản phẩm phân hủy không độc hại (CO2, nước và sinh khối), tránh ô nhiễm vi nhựa. Tuy nhiên, hoạt động sản xuất của PLA phụ thuộc vào tài nguyên nông nghiệp (ví dụ: ngô), gây lo ngại về việc sử dụng đất và cạnh tranh lương thực. PHA, được sản xuất thông qua quá trình lên men vi sinh vật, có thể tận dụng các dòng chất thải hữu cơ (ví dụ: phế liệu thực phẩm), mang lại lợi thế cho nền kinh tế tuần hoàn. Chi phí vẫn là một rào cản: PHA hiện có giá cao gấp 2–3 lần so với PLA do quá trình lên men phức tạp, mặc dù việc mở rộng quy mô có thể thu hẹp khoảng cách này.

Kết luận: Chọn đúng chất xơ

Đối với các thương hiệu ưu tiên tuân thủ quy trình ủ phân công nghiệp nhanh chóng, PLA cung cấp giải pháp tiết kiệm chi phí. Đối với những người hướng tới mục tiêu xử lý thân thiện với người tiêu dùng (làm phân trộn tại nhà/đất) hoặc an toàn hàng hải, PHA vượt trội hơn mặc dù chi phí cao hơn. Khi các quy định về tính bền vững được thắt chặt và nhận thức của người tiêu dùng ngày càng tăng, việc hiểu rõ các sắc thái xuống cấp này sẽ là chìa khóa để phát triển các loại chổi giúp cân bằng giữa hiệu suất, khả năng chi trả và trách nhiệm với môi trường.