Polyhydroksialkanoaatit polyeteenimikrohelmien korvaajina kosmetiikkasovelluksissa

Abstract

Muovisten mikrohelmien ympäristövaikutukset ovat olleet jo pitkään tutkimuksen aiheena, ja vaihtoehtoisia materiaaleja kehitetään aktiivisesti. Tässä kandidaatintutkielmassa tarkastellaan polyeteenistä (PE) valmistettujen mikrohelmien korvaamista polyhydroksialkanoaateista (PHA) valmistetuilla mikrohelmillä kosmetiikkasovelluksissa. Tarkastelu kohdistuu kahteen yleisimpään PHA-tyyppiin: poly(3-hydroksibutyraattiin) (PHB) ja poly(3-hydroksibutyraatti-ko-3-hydroksivaleraatiin) (PHBV). Työssä käsitellään PHB:n ja PHBV:n ominaisuuksia, biohajoavuutta, tuotantoa sekä haasteita verrattuna polyeteeniin. Tutkielma on toteutettu kirjallisuuskatsauksena, ja sen tavoitteena on arvioida PHB- ja PHBV-materiaalien soveltuvuutta kosmetiikkakäyttöön.

PHA-mikrohelmien merkittävin etu verrattuna PE-mikrohelmiin on niiden biohajoavuus ja luonnollinen alkuperä. PHA syntetisoituu bakteerisoluissa mikrobifermentaation avulla, ja materiaali on täysin biohajoava. PHB:n ja PHBV:n ominaisuudet vastaavat osittain PE:n ominaisuuksia, mutta merkittävimmät erot liittyvät lasisiirtymälämpötilaan, murtovenymään sekä materiaalien prosessoitavuuteen. PHBV on vähemmän hauras ja joustavampi materiaali kuin PHB, mikä tekee siitä paremman vaihtoehdon kosmetiikkasovelluksiin.

Tulosten perusteella PHA-mikrohelmet tarjoavat potentiaalisen vaihtoehdon perinteisille PE-mikrohelmille, mutta niiden tuotantoa on edelleen kehitettävä. Suurimmat haasteet laajamittaisessa tuotannossa liittyvät korkeisiin kustannuksiin ja materiaalien lämpöherkkyyteen. Lisätutkimusta tarvitaan erityisesti tuotantomenetelmien kehittämiseksi ja materiaalien ominaisuuksien optimoimiseksi eri käyttötarkoituksiin.

The environmental impacts of plastic microbeads have long been a subject of research, and alternative materials are being actively developed. This bachelor’s thesis examines the replacement of microbeads made of polyethylene (PE) with polyhydroxyalkanoate (PHA) microbeads in cosmetic applications. The review focuses on two common types of PHA: poly(3-hydroxybutyrate) (PHB) and poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV). The properties, biodegradability, production, and key challenges of PHB and PHBV are discussed in comparison to polyethylene. The thesis is conducted as a literature review, and its aim is to evaluate the suitability of PHB and PHBV materials for cosmetic applications.

The main advantage of PHA microbeads compared to PE microbeads is their biodegradability and natural origin. PHA is naturally synthesized in bacterial cells by microbial fermentation, and the material is fully biodegradable. The properties of PHB and PHBV partly correspond to the properties of PE, but the most significant differences are related to glass transition temperature, elongation at break and processability. PHBV is a less brittle and more flexible material than PHB, making it more suitable for cosmetic applications.

Based on the results, PHA microbeads offer a potential alternative to traditional PE microbeads, but their production needs to be further developed. The key challenges in large-scale production are related to high costs and the thermal sensitivity of the materials. Further research is particularly needed to develop production methods and to optimize material properties for different applications.