Automotive Coatings Formulation: Chemistry, Physics und Practices

3.7.3.8 Other additives
Other additives may be added to the basecoats in addition to the aforementioned rheological 
additives. Optimum transparency can be promoted by adding a wetting agent when pigment 
dispersions are being prepared. Only a few levelling agents are suitable for basecoats. Since they 
act in the surface, they must not interfere with the wet-on-wet process, where it is much more 
important than in the case of primer surfacer for the clearcoat perfectly wet the surface of the 
basecoat. After stoving, both layers must afford excellent intercoat adhesion. Levelling agents 
that float on the surface and are incompatible with the next layer (clearcoat) would impair the 
requisite properties. The optimum solvent composition therefore makes the most important 
contribution to levelling. 
3.7.3.9 Formulation example
Table 3.7.2 contains the formulation and characteristics of a sample solvent-borne silver basecoat 
for an automotive OEM coating 
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. It consists of cellulose acetobutyrate, saturated polyester, 
melamine resin, and aluminium pigment. The rheological additive is a dispersion of polyethylene 
wax in solvents and a crystalline urea (dispersion in the polyester). The added solvents are butyl 
acetate and xylene.
Application solids are 23 % by weight, while the application viscosity is 15 s (cup 4, 23 °C, DIN 
3511 equivalent to ISO cup 58s). The film thickness (dry) is 12 µm. The flash-off conditions of the 
basecoat are 5 minutes at 80 °C. The pre-dried basecoat is then over-coated with clearcoat and 
finally – after a second brief flash-off – stoved for 20 minutes at 140 °C.
3.7.4 Basecoats with increased application solids
In the past, conventional effect basecoats had a very low solids content at application viscosity, 
e.g. for a silver basecoat: 13 % by weight at 15 s (cup 4, 23 °C, DIN 3511 equivalent to ISO cup 58s). 
Low-solids, solvent-borne basecoats were the first systems to be formulated with higher solids to 
reduce emissions of volatile organic compounds (VOCs). The first step was to reduce the viscosity 
by lowering the molecular weights of the resins for the basecoats. However, when low-molecular 
polyesters and melamine resins are used for basecoats, there is little effect on the viscosity. A 
decisive influence on viscosity is exerted firstly by the high-molecular cellulose acetobutyrate 
and secondly by the rheological additives. The rheological additives are chosen such that they 
do not influence the viscosity at application state, but rather act efficiently during the drying 
process by rapidly increasing the viscosity.
Besides the commonly employed medium-and-high molecular cellulose acetobutyrate types, there 
are low-molecular types available commercially. Such low-molecular cellulose acetobutyrates 
lower the solution viscosities and hence the basecoat viscosities significantly. Unfortunately, 
however, effect development and application robustness are also greatly reduced. The effect 
pigments are no longer optimally immobilised and the basecoat layer exhibits redissolving in 
wet-on-wet spray application of the clearcoat. Also, the combination of high-molecular types with 
low-molecular types of cellulose acetobutyrate did not lead to a practicable solution.
It finally proved necessary to search for other ways to lower the application viscosity or increase 
the application solids. Two solutions were found:
1. Reduce the quantity of cellulose acetobutyrate and transfer its role and properties to the other 
resin components.
2. Replace the cellulose acetobutyrate with resins that play the same role and have the same 
properties but have a lower solution viscosity.
Basecoats

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The first measure led to the development of medium-solids basecoats, which are currently 
widespread throughout Europe as substitutes for all low-solids basecoats. Low-solids basecoats 
achieve solids content in the application state of 23 to 25 % by weight (silver). This represents 
cuts the solvent content relative to low-solids basecoats by nearly half. The basecoats contain 
less cellulose acetobutyrate (medium molecular weights). Combination resins are chosen which 
are able to contribute to physical drying properties. These are either saturated polyesters with 
building blocks that promote physical drying, or acrylic resins that contain hydroxyl groups and 
monomers that also support physical drying. Both resin groups are combined with melamine 
resins acting as crosslinker. These melamine resins, too, are chosen for their ability to boost 
physical drying. 
Two classes of resin have replaced cellulose acetobutyrate:
• 
polyurethane elastomers
• 
special acrylic resins