生分解性毛の分解速度: PLA と PHA ベースの繊維の比較研究

世界の美容業界が持続可能性を目指して移行する中、長年環境汚染の原因となってきた従来のプラスチック毛に代わる環境に優しい代替品の需要が急増しています。従来のメイクブラシの毛はナイロンやポリエステルなどの非生分解性素材で作られていることが多く、何世紀にもわたって埋め立て地に残り、マイクロプラスチックの蓄積につながる可能性があります。これに応えて、PLA (ポリ乳酸) や PHA (ポリヒドロキシアルカノエート) などのバイオベースの生分解性繊維が有望な代替品として浮上しています。これは、比較試験を通じて PLA および PHA ベースの毛の分解速度を調査し、それらの環境性能と化粧品用途での実用的な実行可能性を明らかにします。

PLA と PHA を理解する: 基本

PLA は、コーンスターチやサトウキビなどの再生可能資源に由来し、最も広く使用されているバイオプラスチックの 1 つです。主に工業用堆肥化条件下で、加水分解と微生物の作用により二酸化炭素と水に分解されます。対照的に、PHAは、植物油や農業廃棄物のような有機原料の発酵を通じて微生物（細菌など）によって合成されます。その分解は微生物の酵素に依存しており、土壌、海洋、家庭での堆肥化などのさまざまな環境での分解が可能です。

比較テスト: 主要な指標と結果

分解速度を評価するために、産業用堆肥化 (58°C、高湿度)、家庭用堆肥化 (25 ～ 30°C、周囲湿度)、および土壌埋設 (20°C、自然微生物活動) という 3 つの一般的なシナリオの下で管理されたテストを実施しました。 PLA および PHA の毛サンプル (直径 0.1 mm、長さ 5 cm) を 12 か月にわたって監視し、質量損失、引張強度保持率、および微生物のコロニー形成を測定しました。

産業用堆肥化: ここでは、両方の材料が急速に劣化しましたが、PHA は PLA を上回りました。 PLA は 3 か月後に 85% の質量損失を示し、6 か月目までに完全に分解 (98% の質量損失) しました。PHA はわずか 2 か月で 90% の質量損失を達成し、4 か月目までに完全に分解しました。これは、PHA の結晶性が低いため、微生物の酵素が利用しやすくなっているためと考えられます。

家庭での堆肥化: 穏やかな条件下では、分解は大幅に遅くなりました。 PLA は 6 か月後にわずか 20%、12 か月後には 45% の質量減少を示しましたが、残存断片はまだ目に見えています。しかし、PHA は 6 か月後には 35%、12 か月後には 70% の質量減少に達し、無傷の断片は少なくなりました。これは、PLA が効率的な分解のために高温に依存していること、消費者による廃棄には限界があることを浮き彫りにしています。

土壌埋設: 自然土壌では、PHA は再び優れた分解を示しました。 12 か月後、PHA サンプルの質量は 60% 減少し、目に見える断片化と微生物バイオフィルムの被覆が見られました。 PLA はわずか 25% の質量を失い、構造的には無傷のままであり、微生物の活動は最小限に抑えられています。これは、PHA が PLA と比較して、偶発的な環境放出 (屋外廃棄物など) に対してより適していることを示唆しています。

劣化時の機械的性能

劣化速度以上に、使用中の毛の機能が重要です。引張強度テストでは、PLA は 3 か月の使用後 (廃棄前) に初期強度の 70% を保持しているのに対し、PHA は 65% を保持していることがわかりました。しかし、分解中に加水分解が始まると PLA の強度は急激に低下し、脆性破壊につながりましたが、PHA はより緩やかに分解し、柔軟性をより長く維持しました。化粧ブラシの場合、これは、PHA 毛が使用中に早期に折れる可能性が低いものの、PLA よりもわずかに早く柔らかくなる可能性があることを意味します。

環境への影響と実際的な考慮事項

どちらの材料も無毒な分解生成物 (CO2、水、バイオマス) を生成し、マイクロプラスチック汚染を回避します。しかし、人民解放軍の生産は農業資源（トウモロコシなど）に依存しているため、土地利用と食糧競争に関する懸念が生じている。微生物発酵によって生成される PHA は、有機廃棄物の流れ (食品残骸など) を利用できるため、循環経済の利点が得られます。依然としてコストが障壁となっている。現在、PHA は複雑な発酵プロセスにより PLA の 2 ～ 3 倍のコストがかかっているが、規模を拡大すればこの差は縮まる可能性がある。

結論: 適切なファイバーの選択

産業用堆肥化の迅速なコンプライアンスを優先するブランドに対して、PLA は費用対効果の高いソリューションを提供します。消費者に優しい廃棄（家庭用堆肥化/土壌）や海洋の安全性を目標とする場合、コストは高くなりますが、PHA が優れています。持続可能性に関する規制が強化され、消費者の意識が高まるにつれ、これらの劣化のニュアンスを理解することが、性能、手頃な価格、環境への責任のバランスをとったブラシを開発する鍵となります。