Automotive Coatings Formulation: Chemistry, Physics und Practices

3.7.7 Alternatives
Several studies have been performed on the use of alternative application processes for preparing 
effect coatings. For special cases, powder coatings are available that contain effect substances, 
such as aluminium pigments. Since film-forming in powder coatings is totally different from 
film-forming in wet coating materials, the effect substances in powder coating also behave totally 
differently. It is therefore impossible to generate comparable effects with powder coatings.
Effect substances can also be incorporated into plastic films. Again, the achievable effects are 
totally different from those generated by wet application of effect basecoats. Plastic films offer the 
possibility of creating holographic effects.
Wet application of effect basecoats is unlikely to be replaced by other application methods in the 
near future, since it is the best way of creating appealing, individual colours and effects.
3.8 Clearcoats
3.8.1 Development of clearcoats
The introduction of clearcoats into automotive coatings is, of course, closely connected to the 
introduction of effect basecoats. The experience gained with clearcoats in other application fields 
was applied here. In the 1960s, stoving clearcoats for general industrial application consisted of 
alkyd resins and amino resins (melamine resins). To obtain clearcoats with the least possible 
yellowing tendency, alkyds were chosen which had been modified with saturated fatty acids. The 
sources were coconut fat or coconut fatty acids. At first, only melamine resins with low reactivity 
were available for crosslinking. Therefore, crosslinking during film forming was supported with 
dehydrated castor oil fatty acids (DCO fatty acids) in addition to the coconut fatty acids. At that 
time, DCO fatty acids were regarded as relatively resistant to yellowing. Initially, such clearcoats 
were applied together with ready-stoved metallic pre-coats. Later, they were used for wet-on-
wet application in conjunction with metallic basecoats in automotive OEM coating processes. 
Optimum hardness and resistance were provided by alkyd resins that had been modified by 
coconut precursor fatty acids (C
8
- and C
10
-acids). Nowadays, such fatty acids are very expensive 
Automotive OEM coatings

---

165
raw materials for the production of high-class lubricants and biodegradable liquid surfactants. 
Later, clearcoats contained both alkyds that had been modified by synthetic fatty acids from the 
oxo-synthesis and relatively highly reactive melamine resins.
Meanwhile, in the USA, stoving enamels were being developed on the basis of hydroxy acrylic 
resins crosslinked by melamine resins. In Europe, and predominantly in Germany, clearcoats 
containing alkyds were retained because of the application advantages (improved wetting prop-
erties, better levelling, prevention of popping) and appearance (optimum filling power, excellent 
gloss and clearcoat holdout). However, complaints arose about the lack of weathering resistance 
and cracking on exposure to weathering (Florida tests). Clearcoats based on alkyds were subse-
quently displaced from the automotive coatings market. However, even the clearcoats based on 
acrylic resins often provided inadequate weathering resistance. This prompted extensive studies 
of weathering resistance. Accelerated weathering tests involving the use of UV lamps were intro-
duced into clearcoat development 
[149]
. The results showed that, to be sure, the clearcoats showed 
no cracking after exposure, but they became matt and the film layers degraded (loss of film thick-
ness). There were also symptoms of damage in the basecoat, such as greying and blistering. The 
breakthrough in the development of clearcoats with optimum weathering resistance came with 
the introduction of UV absorbers and free-radical quenchers. Nowadays, light stabiliser packages 
are included in all clearcoats.
Subsequent stages in the development of clearcoats included improvements in chemical resist-
ance and compatibility with high-solid basecoats and, later, water-borne basecoats. The outcome 
was the introduction of two-component clearcoats containing hydroxy acrylic resins and also 
polyisocyanate adducts as crosslinker for automotive OEM coating. Many car producers in Europe 
now employ this technology, although some have stuck by one-component clearcoats. Two-compo-
nent clearcoats are notable for their chemical resistance. With a view to improving the chemical 
resistance of one-component clearcoats as well, several crosslinking methods were investigated. 
The result was the introduction of clearcoats containing acrylic resins and blocked polyisocyanate 
adducts. It has been found that a combination of melamine resins and blocked polyisocyanate 
adducts yields the best crosslinking properties (hybrid crosslinked clearcoats). 
Even today, most clearcoats for automotive OEM application contain solventborne systems. Of 
course, there have also been attempts to cut emissions of VOCs from clearcoats, too. There are now 
clearcoats available with application solids of about 60 % by weight. Applications for water-borne 
clearcoats are very few. Powder clearcoats are available which have virtually zero VOC emissions.
Since the late 1990s, car producers have been attempting to improve the scratch resistance of clear-
coats. This can be accomplished in different ways: optimising the resin composition (acrylic resins) 
and crosslinking, the use of special additives, and the selection of totally new application methods. 
Attempts are currently underway to combine the improvements in clearcoat properties with 
reductions in solvent emissions. To this end, a large number of studies are pursuing alterna-
tive crosslinking methods. However, so far, these studies have yielded only a few products for 
the automotive coatings market. There are clearcoats containing carbamate groups instead of 
hydroxyl groups for crosslinking with melamine resins. There are clearcoats which crosslink by 
reaction of unsaturated molecules in UV light, and clearcoats which crosslink both in UV light 
and by other crosslinking methods, for example those involving polyisocyanate adducts (these 
are called dual-cure systems).