聚乳酸的脆性制约了其在生物医学方面的应用，如骨螺钉、骨骼固定板和工程支架等。传统的聚乳酸增韧方式如与弹性体共混、复合、共聚等，在增韧的同时可能会破坏其生物相容性和生物可降解性。压力诱导流动成型是一种提升半结晶聚合物冲击强度的自增韧方法。该法在低于熔点的条件下(可以避免热稳定剂的使用)，对聚合物施加一维方向上的塑性流动，从而在制品内部形成片层取向的微纤结构（仿生结构）。然而，由于分子链被冻结在非平衡的取向状态，制品内部具有较大的内应力，这会导致制品产生变形和裂纹。传统的退火方式虽然可以缓解制品的内应力，但会导致明显的收缩。

固态低温超临界CO₂发泡法常被用于高密度泡沫的制备，是一种环境友好、无残留的绿色加工方式。超临界CO₂对高分子具有很强的塑化作用，可以降低分子链的密度、减弱分子链间的作用力以及增强它们的运动能力。此外，由于超临界CO₂与聚乳酸羰基具有路易斯酸碱作用，CO₂在PLA中具有较高的溶解度。超临界CO₂在降低聚乳酸内应力方面具有极大的潜力。

Macromolecular Materials and Engineering最近发表了由湖北工业大学余鹏副教授团队撰写的 “Preparation of PLA with High Impact-Toughness and Reduced Internal Stress via Formation of Laminated, Bimodal Structure with Micro/Nanocells” (DOI: 10.1002/mame.202100426)。

该文章提出了使用固态低温超临界CO₂发泡来实现压力诱导流动成型聚乳酸内应力的释放。发泡之前，聚乳酸呈现微纤堆叠的片层结构；发泡后，聚乳酸则表现为罕见的层状双峰微/纳米孔结构。双峰微/纳米孔略微降低了材料的取向度，但大幅度降低了聚乳酸的内应力和热收缩率，同时发泡后的聚乳酸冲击强度高达32.7 kJ m^-2。这对于改善聚乳酸的韧性和扩展其应用范围具有重要意义。该文章提出高冲击韧性归因于裂纹偏转机理和微/纳米孔的变形与钝化。进一步深入了解微观结构与性能的联系，有利于通过精准控制凝聚态结构（包括取向结构和结晶结构）实现高性能聚乳酸的制备。

上述研究工作得到了国家自然科学基金项目(51703054)和绿色轻工材料湖北省重点实验室开放基金(202007B05, 202007B12)的支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/mame.202100426