高粘聚丙烯酰胺（HPAM）在猫砂中的改性需精准调控分子结构与复配体系，以平衡结团速率（液态排泄物接触后形成紧实团块的时间）与抗碎性（结团承受外力不破碎的能

力），这对提高用户体验（如快速清理、减少扬尘）到关重要。

一、结团速率与抗碎性的矛盾本质：分子交联与溶剂化行为的博弈

1. 结团速率的核心

结团过程本质是 HPAM 遇水后快速溶胀、分散并桥接猫砂颗粒的动态过程：

溶剂化作用：HPAM 的酰胺基（-CONH₂）与水分子形成氢键，水解产生的羧酸基团（-COO⁻）通过离子水合作用加速溶胀，使粘结剂在 10 秒内形成粘性凝胶，包裹颗粒并

促进初始团聚（目标结团时间≤30 秒）。

扩散动力学：低分子量 HPAM（如 800 万）或适度水解（水解度 25%-30%）可减少分子链缠结，加快水溶液中颗粒间的桥接速度，避免 “溶胀滞后” 导致的结团延chi。

2. 抗碎性的关键制约

抗碎性依赖 HPAM 形成的三维网络强度及颗粒间界面结合力：

分子交联密度：高分子量 HPAM（1200 万以上）或引入交联剂（如 N,N’- 亚甲基双丙烯酰胺，用量 0.1%-0.3%）可增加链间物理缠结，使结团抗压强度从 30N/cm² 提高

到 50N/cm² 以上，但过度交联会减缓溶胀速度，延长结团时间。

界面粘结能：HPAM 与矿物颗粒（如膨润土）的表面化学吸附（如羧酸基团与铝硅酸盐的离子键作用）比物理缠绕更稳定，可提高结团抗摔性能（1m 高度跌落破损率从 

40% 降到 15% 以下），但需控制吸附平衡，避免颗粒表面过度包覆导致分散性下降。

二、HPAM 改性的关键技术路径：从分子设计到体系复配

1. 分子结构定向优化

分子量梯度调控：

采用 “高低分子量复配” 策略（如 1200 万：800 万 = 6:4），高分子量部分提供长期结构支撑，低分子量部分加速初始溶胀。实测表明，该复配体系可使结团时间缩短 

20%（到 25 秒），同时抗碎性提高 15%（抗压强度达 45N/cm²）。

水解度与电荷密度平衡：

水解度从 20% 提高到 30% 时，羧酸基团增加使颗粒表面负电荷密度上升，通过静电排斥加速分散，结团时间缩短 10 秒；但过高水解度（＞35%）会因分子链过度亲水性导

致交联网络松散，抗碎性下降。建议针对膨润土基猫砂（带负电）采用水解度 25%-30%，对淀粉基猫砂（中性）采用 30%-35%。

2. 功能性接枝改性

亲水性支链引入：

在 HPAM 主链接枝短链聚乙二醇（PEG，分子量 200-400），形成 “分子锚点” 加速水分渗透，使溶胀速率提高 30%。接枝率 5%-8% 时，结团时间可控制在 20 秒内，

且 PEG 的柔性链段增强网络韧性，抗冲击po损率减少 25%。

耐冲击基团修饰：

引入少量丙烯酰胺 - 丙烯酸钠共聚物（占比 10%-15%），其刚性羧酸根离子与柔性酰胺基协同作用，形成 “刚柔相济” 的网络结构，在保持结团速率的同时，使结团抗弯

折次数从 5 次提高到 12 次以上。

3. 多组分协同复配

矿物填料匹配：

钠基膨润土（15%-20%）提供快速吸水核，其膨胀产生的机械力促使 HPAM 凝胶快速包裹颗粒，结团时间缩短 15 秒；搭配 5%-8% 的凹凸棒土（纤维状结构），可在 

HPAM 网络中形成 “增强骨架”，使抗碎性提高 20% 而不影响溶胀速度。

天然高分子辅助：

添加 8%-12% 的淀粉或羧甲基纤维素（CMC），其羟基与 HPAM 的酰胺基形成氢键，加速水分传导（传导速率提高 25%），同时淀粉糊化后的胶体增强颗粒间初始粘结力

，使结团在形成初期（前 30 秒）即可承受 10N/cm² 的压力，避免铲起时碎裂。

三、工艺参数与性能平衡：从生产到使用的全流程调控

1. 造粒与干燥工艺优化

颗粒表面粗糙度控制：

通过滚圆机调整转速（150-200rpm），使颗粒表面形成微米级凸凹结构（粗糙度 Ra=1-2μm），增加 HPAM 凝胶与颗粒的接触面积，结团时间缩短 5-8 秒；同时粗糙表面

的机械嵌合作用提高抗碎性，抗压强度可额外增加 5N/cm²。

低温分段干燥：

采用 “40℃预干燥 + 60℃固化” 工艺，避免高温（＞80℃）导致 HPAM 分子链刚性化。预干燥保留分子链柔性，加速溶胀；固化阶段促进颗粒间弱交联，使结团在湿态下

的抗碎性较传统干燥工艺提高 30%。

2. 使用场景适配

多猫家庭高负荷场景：

提高 HPAM 分子量到 1200 万以上，搭配 20% 膨润土，确保快速结团的同时承受频繁刨砂冲击（抗碎性要求≥50N/cm²）；

单猫家庭日常场景：

采用水解度 30% 的中分子量 HPAM（1000 万），减少膨润土到 15%，平衡结团速度（30 秒内）与轻量化需求（密度≤1.0g/cm³）。

3. 测试方法与标准

结团速率：模拟猫咪排尿（50ml 生理盐水，37℃），记录从接触到形成可铲起团块的时间（行业理想值≤40 秒）；

抗碎性：

抗压强度：使用质构仪测定结团破裂时的压力（目标≥40N/cm²）；

抗摔性能：1m 高度自由跌落到硬质地面，计算完整结团占比（≥80% 为优）。

四、挑战与未来趋势：从经验试错到精准调控

1. 技术瓶颈突破

动态响应型改性：开发 “剪切变稀” 型 HPAM，正常使用时保持高粘度确保结团强度，受猫咪刨砂剪切力时粘度瞬间下降，加速颗粒分散与结团，实现 “快速结团 - 强抗

碎” 的自适应平衡。

纳m增强技术：添加 0.5%-1% 的纳m二氧化硅或石墨烯氧化物，其高比表面积促进 HPAM 分子链定向排列，形成 “纳m增强网络”，使结团速率提高 10% 的同时，抗碎性

增强 40%（抗压强度达 60N/cm² 以上）。

2. 环保与成本协同

生物基 HPAM 开发：以木质素或壳聚糖为原料，通过接枝共聚合成可降解 HPAM 类似物，在保持结团性能的同时，使废弃猫砂生物降解率从 50% 提高到 70% 以上。

精准化生产：利用机器学习算法，根据实时原料参数（如 HPAM 水解度、膨润土含水率）动态调整配方，将结团速率波动控制在 ±5 秒，抗碎性偏差≤5N/cm²，减少试错成

本 30% 以上。

在矛盾中寻找zui优解

HPAM 改性的核心在于通过 “分子结构 - 复配体系 - 工艺参数” 的三维调控，在结团速率与抗碎性之间找到动态平衡点：

快速结团优先场景：选择中低分子量（800-1000 万）、适度水解（25%-30%）的 HPAM，搭配高吸水矿物与天然高分子，牺牲部分抗碎性（≥35N/cm²）换取结团时间＜

30 秒；

抗碎性优先场景：采用高分子量（1200 万以上）、低水解度（20%-25%）的 HPAM，引入交联剂与纤维增强材料，确保结团抗压强度≥50N/cm²，结团时间控制在 40 秒内。

未来需结合智能传感技术（如结团过程实时监测）与材料基因工程，实现 HPAM 改性的精准设计，推动猫砂产品从 “性能拼凑” 走向 “协同优化”，满足不同用户对 “即

结即强” 的核心需求。