Tassi di degradazione delle setole biodegradabili: uno studio comparativo delle fibre a base PLA e PHA

Mentre l’industria globale della bellezza si sposta verso la sostenibilità, la domanda di alternative ecologiche alle tradizionali setole in plastica, da tempo fonte di inquinamento ambientale, è aumentata. Le setole dei pennelli da trucco convenzionali, spesso realizzate con materiali non biodegradabili come nylon o poliestere, possono persistere nelle discariche per secoli, contribuendo all’accumulo di microplastica. In risposta, le fibre biodegradabili di origine biologica come il PLA (acido polilattico) e il PHA (poliidrossialcanoati) sono emerse come sostituti promettenti. Questo esplora i tassi di degradazione delle setole a base di PLA e PHA attraverso test comparativi, facendo luce sulle loro prestazioni ambientali e sulla fattibilità pratica per applicazioni cosmetiche.

Comprendere PLA e PHA: le nozioni di base

Il PLA, derivato da risorse rinnovabili come l’amido di mais o la canna da zucchero, è una delle bioplastiche più utilizzate. Si decompone in anidride carbonica e acqua attraverso l'idrolisi e l'azione microbica, principalmente in condizioni di compostaggio industriale. Il PHA, al contrario, viene sintetizzato da microrganismi (ad esempio batteri) attraverso la fermentazione di materie prime organiche come oli vegetali o rifiuti agricoli. La sua degradazione si basa su enzimi microbici, che consentono la decomposizione in diversi ambienti, tra cui il suolo, il mare e il compostaggio domestico.

Test comparativi: parametri e risultati chiave

Per valutare i tassi di degradazione, abbiamo condotto test controllati in tre scenari comuni: compostaggio industriale (58°C, elevata umidità), compostaggio domestico (25–30°C, umidità ambientale) e interramento nel suolo (20°C, attività microbica naturale). Campioni di setole (0,1 mm di diametro, 5 cm di lunghezza) di PLA e PHA sono stati monitorati per 12 mesi, misurando la perdita di massa, la ritenzione della resistenza alla trazione e la colonizzazione microbica.

Compostaggio industriale: qui entrambi i materiali si sono degradati rapidamente, ma il PHA ha sovraperformato il PLA. Il PLA ha mostrato una perdita di massa dell’85% dopo 3 mesi, con una degradazione completa (perdita di massa del 98%) entro il mese 6. Il PHA ha raggiunto una perdita di massa del 90% in soli 2 mesi, con una degradazione completa entro il mese 4. Ciò è attribuito alla minore cristallinità del PHA, che lo rende più accessibile agli enzimi microbici.

Compostaggio domestico: in condizioni più miti, il degrado rallenta in modo significativo. Il PLA ha mostrato una perdita di massa solo del 20% dopo 6 mesi e del 45% dopo 12 mesi, con frammenti residui ancora visibili. Il PHA, tuttavia, ha raggiunto una perdita di massa del 35% a 6 mesi e del 70% a 12 mesi, con un minor numero di frammenti intatti. Ciò evidenzia la dipendenza del PLA dalle alte temperature per una ripartizione efficiente, una limitazione per lo smaltimento da parte dei consumatori.

Seppellimento nel suolo: nel suolo naturale, il PHA ha dimostrato ancora una volta una degradazione superiore. Dopo 12 mesi, i campioni di PHA hanno perso il 60% della massa, con frammentazione visibile e copertura del biofilm microbico. Il PLA ha perso solo il 25% della massa, rimanendo strutturalmente intatto con un’attività microbica minima. Ciò suggerisce che il PHA è più adatto al rilascio accidentale nell’ambiente (ad esempio, rifiuti esterni) rispetto al PLA.

Prestazioni meccaniche durante il degrado

Oltre alla velocità di degrado, la funzionalità delle setole durante l'uso è fondamentale. I test di resistenza alla trazione hanno mostrato che il PLA ha mantenuto il 70% della sua resistenza iniziale dopo 3 mesi di utilizzo (prima dello smaltimento), mentre il PHA ha mantenuto il 65%. Tuttavia, durante la degradazione, la forza del PLA diminuisce drasticamente una volta iniziata l’idrolisi, portando a fratture fragili, mentre il PHA si degrada più gradualmente, mantenendo la flessibilità più a lungo. Per i pennelli cosmetici, ciò significa che le setole in PHA hanno meno probabilità di rompersi prematuramente durante l'uso, ma potrebbero ammorbidirsi leggermente più velocemente rispetto al PLA.

Impatto ambientale e considerazioni pratiche

Entrambi i materiali producono prodotti di degradazione non tossici (CO2, acqua e biomassa), evitando l'inquinamento da microplastica. Tuttavia, la produzione del PLA si basa sulle risorse agricole (ad esempio il mais), sollevando preoccupazioni sull’uso del territorio e sulla concorrenza alimentare. Il PHA, prodotto tramite fermentazione microbica, può utilizzare flussi di rifiuti organici (ad esempio, avanzi di cibo), offrendo un vantaggio di economia circolare. Il costo rimane un ostacolo: il PHA attualmente costa 2-3 volte di più del PLA a causa dei complessi processi di fermentazione, anche se il ridimensionamento potrebbe ridurre questo divario.

Conclusione: scegliere la fibra giusta

Per i marchi che danno priorità alla rapida conformità al compostaggio industriale, il PLA offre una soluzione conveniente. Per coloro che mirano allo smaltimento a misura di consumatore (compostaggio domestico/suolo) o alla sicurezza marittima, il PHA è superiore nonostante i costi più elevati. Con l’inasprirsi delle normative sulla sostenibilità e la crescente consapevolezza dei consumatori, comprendere queste sfumature di degrado sarà fondamentale per sviluppare spazzole in grado di bilanciare prestazioni, convenienza e responsabilità ambientale.