1. 引言

纯水性色浆是以水为唯一分散介质、以高性能颜料为着色核心、以水性超分散剂为稳定桥梁的高浓度颜料分散体。与溶剂型色浆相比，水性体系的颜料分散稳定机理存在本质差异：水的高介电常数（ε=78.5，25℃）使离子型分散剂的双电层厚度显著增大，而水的低溶解度参数区间又对非离子型分散剂的溶剂化链段提出了更高的亲水亲油平衡要求。东莞市蒂森新材料有限公司GT系列纯水性色浆正是基于水性体系"静电排斥+空间位阻"双稳定机制设计，实现了颜料粒子在水相中的长期分散稳定。

本文从水性颜料分散的热力学与动力学基础出发，系统阐述水性超分散剂的锚固基团与溶剂化链段协同作用机理，结合国际一流期刊最新研究成果，解析纯水性色浆的稳定机制设计原则，并探讨其在水性丙烯酸、水性聚氨酯、水性环氧等体系中的相容适配原理。

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2. 技术特点与分散机理

纯水性色浆是指以去离子水为连续相、不含有机溶剂或有机溶剂含量低于5%的高浓度颜料水分散体。其核心技术挑战在于：颜料粒子表面通常具有强疏水性（如炭黑、酞菁蓝），而水相具有强极性，二者界面能差极大，导致颜料粒子在水相中自发团聚的热力学驱动力远高于溶剂型体系。

2.1 水性体系的双电层静电稳定机制（DLVO理论）

水性分散体系中，离子型分散剂在颜料表面吸附后，其电离基团（如羧酸根-COO⁻、磺酸根-SO₃⁻、磷酸根-PO₄³⁻）使颜料表面带电，在水相中形成双电层结构。根据Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek（DLVO）理论，粒子间的总相互作用能为范德华吸引能与双电层排斥能的叠加：

V_total = V_A + V_R

其中，双电层排斥能V_R与表面电位ψ₀的平方成正比，与Debye长度κ⁻¹呈指数关系。水的高介电常数使Debye长度显著大于有机溶剂体系（在10⁻³ mol/L电解质浓度下，水中κ⁻¹≈9.6 nm，而乙醇中仅约1.5 nm），这意味着水性体系中静电排斥的作用范围更广，但同时也对体系的离子强度更为敏感——电解质浓度升高会压缩双电层，导致排斥能骤降。

2.2 空间位阻稳定机制与水性分散剂分子设计

仅依靠静电稳定在高颜料浓度、高离子强度或多价阳离子存在的水性涂料体系中往往不足。因此，水性超分散剂通常采用"锚固基团+亲水溶剂化链段"的嵌段结构，通过空间位阻效应提供额外的稳定作用。

锚固基团通常为多元胺、多元羧酸、磷酸酯或磺酸基团，通过离子对、氢键或酸碱相互作用牢固吸附于颜料表面。溶剂化链段则为聚乙二醇（PEG）、聚丙烯酸（PAA）或聚乙烯吡咯烷酮（PVP）等水溶性聚合物链，在水相中充分伸展形成厚度约5-20 nm的吸附层。当两个颜料粒子靠近至吸附层重叠时，链段的渗透压排斥和体积限制效应产生强排斥力，阻止粒子团聚。

图1 纯水性色浆颜料分散体样品（高浓度黄色颜料水分散体）

2.3 一流期刊研究进展

近年来，国际一流期刊在水性颜料分散剂领域取得了多项重要进展。Journal of Applied Polymer Science（2025, DOI: 10.1002/app.56144）报道了一种PEG化部分水解聚(N-乙烯基酰胺)嵌段共聚物作为炭黑水性分散剂的研究，该分散剂通过酰胺基团与炭黑表面的氢键锚固，结合PEG链段的空间位阻稳定，在炭黑含量达20 wt%的水性体系中实现了平均粒径85 nm、Zeta电位-42 mV的优异分散效果，且在50℃加速老化30天后粒径增长小于8%。

ACS Applied Polymer Materials（2026, 8(6), 4573–4586, DOI: 10.1021/acsapm.6c00349）提出了一种软核-硬壳梯度共聚物颜料封装技术，通过RAFT聚合精确调控共聚物的组成梯度，使锚固段与溶剂化段之间形成平滑过渡，有效降低了界面应力，在酞菁蓝颜料的水性分散中实现了粒径分布跨度（span）从0.82降至0.41的显著优化。

2.4 GT系列纯水性色浆的技术参数

3. 应用案例1：水性丙烯酸建筑涂料体系

在以纯丙或苯丙乳液为基料的水性建筑涂料中，GT系列纯水性色浆的添加量通常为0.5%-8%（质量比）。由于水性色浆与丙烯酸乳液均以水为连续相，二者混合时不存在溶剂相容性问题，但需关注色浆中分散剂与乳液体系的离子强度匹配。

某内墙乳胶漆生产企业采用GT黑色浆（颜料固含45%）调色，添加量3.2%时，漆膜对比率达0.96（GB/T 9756-2018），耐洗刷性≥5000次，调色后涂料在50℃储存14天后无浮色发花现象。

图2 水性色浆高速分散生产车间（分散机与原料桶布局）

4. 应用案例2：水性聚氨酯木器涂料体系

水性聚氨酯（WPU）木器涂料对色浆的分散稳定性要求更高，因为WPU乳液的离子强度通常高于丙烯酸乳液，且固化过程中pH值变化可能影响色浆稳定。GT系列色浆采用非离子-阴离子复合型分散剂体系，在WPU体系中表现出优异的抗絮凝能力。

某家具厂在水性聚氨酯透明面漆中添加GT黄色浆（PY83，固含50%）2.5%，喷涂施工后漆膜光泽（60°）≥85%，附着力（划格法）0级，耐黄变（QUV 300h）ΔE≤1.5。

5. 应用案例3：水性环氧防腐涂料体系

水性环氧防腐涂料通常为双组份体系，固化剂多为胺类，呈碱性。GT系列色浆的pH范围（7.0-9.5）与胺类固化剂体系匹配良好，不会因酸碱反应导致颜料絮凝。在钢结构水性环氧富锌底漆和面漆中，GT灰色浆和铁红浆均表现出良好的分散稳定性和着色力。

图3 GT系列纯水性色浆桶装产品（不同规格包装）

6. 关键选型参数与使用建议

7. 结论

纯水性色浆的分散稳定依赖于静电排斥与空间位阻的协同作用，水性超分散剂的锚固基团与亲水溶剂化链段的分子设计是决定色浆性能的核心因素。GT系列纯水性色浆基于双稳定机制设计，在水性丙烯酸、聚氨酯、环氧等主流体系中均表现出优异的分散稳定性和相容性，是涂料"油改水"转型中的可靠着色方案。

8. FAQ

Q1：纯水性色浆与水油通用色浆有什么区别？

A：纯水性色浆以水为唯一分散介质，VOC含量极低（≤50 g/L），专为水性涂料体系设计；水油通用色浆含一定量助溶剂（如丙二醇、乙二醇丁醚），可同时用于水性和部分溶剂型体系，但VOC较高。在严格要求低VOC的水性涂料中应选用纯水性色浆。

Q2：为什么水性色浆在某些体系中会出现增稠或絮凝？

A：主要原因包括：①色浆中阴离子分散剂与体系中多价金属离子（如Ca²⁺、Al³⁺）发生络合，导致双电层压缩；②色浆pH与基料体系pH不匹配，引起分散剂电荷变化；③色浆与增稠剂（如碱溶胀型ASE）发生相互作用。建议调色前进行小样兼容性测试。

Q3：水性色浆的储存温度应控制在什么范围？

A：建议储存温度为5-35℃。低于5℃可能导致水相结冰，冰晶产生的剪切力会破坏分散剂吸附层，解冻后出现不可逆絮凝；高于40℃会加速分散剂脱附和颜料粒子热运动，降低储存稳定性。

Q4：如何评估水性色浆与特定乳液的相容性？

A：标准方法为：将色浆按3%添加量加入待测乳液中，搅拌均匀后制备刮膜，观察是否有缩孔、针孔、浮色；同时将混合液在50℃储存7天，检查是否有沉淀、分层或粘度异常变化。蒂森公司可提供针对性的相容性测试服务。

Q5：水性色浆的着色力与溶剂型色浆相比如何？

A：在相同颜料含量下，水性色浆由于分散剂体系更高效、颜料粒径更细，着色力通常不低于溶剂型色浆。GT系列黑色浆的着色力（以吸光度表示）可达溶剂型同类产品的105%-115%，但具体数值因颜料种类和测试方法而异。

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