معدلات تحلل الشعيرات القابلة للتحلل: دراسة مقارنة بين PLA والألياف القائمة على PHA

مع تحول صناعة التجميل العالمية نحو الاستدامة، ارتفع الطلب على البدائل الصديقة للبيئة للشعيرات البلاستيكية التقليدية - التي ظلت لفترة طويلة مصدرا للتلوث البيئي. يمكن أن تظل شعيرات فرشاة المكياج التقليدية، والتي غالبًا ما تكون مصنوعة من مواد غير قابلة للتحلل مثل النايلون أو البوليستر، في مدافن النفايات لعدة قرون، مما يساهم في تراكم المواد البلاستيكية الدقيقة. واستجابة لذلك، ظهرت ألياف قابلة للتحلل بيولوجيًا مثل PLA (حمض البوليلاكتيك) وPHA (بولي هيدروكسي ألكانوات) كبدائل واعدة. يستكشف هذا معدلات تحلل الشعيرات المستندة إلى PLA وPHA من خلال الاختبارات المقارنة، مما يسلط الضوء على أدائها البيئي وجدواها العملية لتطبيقات مستحضرات التجميل.

فهم PLA وPHA: الأساسيات

يعد PLA، المشتق من الموارد المتجددة مثل نشا الذرة أو قصب السكر، أحد أكثر أنواع البلاستيك الحيوي استخدامًا على نطاق واسع. ويتحلل إلى ثاني أكسيد الكربون والماء من خلال التحلل المائي والعمل الميكروبي، وذلك في المقام الأول في ظل ظروف التسميد الصناعي. على النقيض من ذلك، يتم تصنيع PHA بواسطة الكائنات الحية الدقيقة (مثل البكتيريا) من خلال تخمير المواد الأولية العضوية مثل الزيوت النباتية أو النفايات الزراعية. ويعتمد تحللها على الإنزيمات الميكروبية، مما يتيح تحللها في بيئات متنوعة، بما في ذلك التسميد التربة والبحرية والمنزلية.

الاختبار المقارن: المقاييس والنتائج الرئيسية

لتقييم معدلات التحلل، أجرينا اختبارات خاضعة للرقابة في ظل ثلاثة سيناريوهات شائعة: التسميد الصناعي (58 درجة مئوية، رطوبة عالية)، والسماد المنزلي (25-30 درجة مئوية، الرطوبة المحيطة)، ودفن التربة (20 درجة مئوية، النشاط الميكروبي الطبيعي). تمت مراقبة عينات الشعر الخشن (قطر 0.1 مم، وطول 5 سم) من PLA وPHA على مدار 12 شهرًا، وقياس فقدان الكتلة، والاحتفاظ بقوة الشد، والاستعمار الميكروبي.

التسميد الصناعي: هنا، تتحلل كلتا المادتين بسرعة، لكن PHA تفوق على PLA. أظهر PLA خسارة كتلة بنسبة 85% بعد 3 أشهر، مع تحلل كامل (فقدان كتلة 98%) بحلول الشهر 6. حقق PHA خسارة كتلة بنسبة 90% في شهرين فقط، مع تحلل كامل بحلول الشهر 4. ويعزى هذا إلى انخفاض تبلور PHA، مما يجعله أكثر سهولة في الوصول إلى الإنزيمات الميكروبية.

التسميد المنزلي: في ظل ظروف أكثر اعتدالا، تباطأ التحلل بشكل ملحوظ. أظهر PLA فقدانًا للكتلة بنسبة 20% فقط بعد 6 أشهر و45% بعد 12 شهرًا، مع بقاء الشظايا المتبقية مرئية. ومع ذلك، وصل فقدان الكتلة إلى 35% في 6 أشهر و70% في 12 شهرًا، مع عدد أقل من الشظايا السليمة. وهذا يسلط الضوء على اعتماد جيش التحرير الشعبى الصينى على درجات الحرارة المرتفعة من أجل الانهيار الفعال، وهو قيد على التخلص من المستهلك.

دفن التربة: في التربة الطبيعية، أظهر PHA مرة أخرى تدهورًا فائقًا. وبعد 12 شهرًا، فقدت عينات PHA 60% من كتلتها، مع تجزئة مرئية وتغطية بيوفيلم ميكروبية. خسر PLA 25% فقط من كتلته، وبقي سليمًا من الناحية الهيكلية مع الحد الأدنى من النشاط الميكروبي. يشير هذا إلى أن PHA أكثر ملاءمة للإطلاق البيئي العرضي (مثل النفايات الخارجية) مقارنةً بـ PLA.

الأداء الميكانيكي أثناء التدهور

بالإضافة إلى سرعة التدهور، تعد وظيفة الشعيرات أثناء الاستخدام أمرًا بالغ الأهمية. أظهرت اختبارات قوة الشد أن PLA يحتفظ بنسبة 70% من قوته الأولية بعد 3 أشهر من الاستخدام (قبل التخلص منه)، بينما يحتفظ PHA بنسبة 65%. ومع ذلك، أثناء التحلل، انخفضت قوة PLA بشكل حاد بمجرد بدء التحلل المائي، مما أدى إلى كسر هش، في حين تدهورت PHA بشكل تدريجي، مع الحفاظ على المرونة لفترة أطول. بالنسبة لفرش التجميل، هذا يعني أن شعيرات PHA أقل عرضة للكسر قبل الأوان أثناء الاستخدام ولكنها قد تصبح أسرع قليلاً من PLA.

الأثر البيئي والاعتبارات العملية

تنتج كلتا المادتين منتجات تحلل غير سامة (ثاني أكسيد الكربون، والماء، والكتلة الحيوية)، مما يتجنب التلوث باللدائن الدقيقة. ومع ذلك، يعتمد إنتاج جيش التحرير الشعبي على الموارد الزراعية (مثل الذرة)، مما يثير المخاوف بشأن استخدام الأراضي والمنافسة الغذائية. يمكن لـ PHA، الذي يتم إنتاجه عن طريق التخمير الميكروبي، الاستفادة من تيارات النفايات العضوية (مثل بقايا الطعام)، مما يوفر ميزة الاقتصاد الدائري. تظل التكلفة عائقًا: تبلغ تكلفة PHA حاليًا 2-3 مرات أكثر من PLA بسبب عمليات التخمير المعقدة، على الرغم من أن التوسع قد يؤدي إلى تضييق هذه الفجوة.

الخلاصة: اختيار الألياف المناسبة

بالنسبة للعلامات التجارية التي تعطي الأولوية للامتثال السريع للتسميد الصناعي، تقدم PLA حلاً فعالاً من حيث التكلفة. بالنسبة لأولئك الذين يستهدفون التخلص الصديق للمستهلك (التسميد المنزلي/التربة) أو السلامة البحرية، فإن PHA متفوقة على الرغم من ارتفاع التكاليف. مع تشديد لوائح الاستدامة ونمو وعي المستهلك، سيكون فهم الفروق الدقيقة في التدهور أمرًا أساسيًا لتطوير الفرش التي توازن بين الأداء والقدرة على تحمل التكاليف والمسؤولية البيئية.