Automotive Coatings Formulation: Chemistry, Physics und Practices

3.8.3.8 Light stabilisers
The various behaviours of resins which do and do not contain aromatic compounds are described 
in Chapter 3.8.2.2. The conclusion drawn there is that all resins are influenced by UV light, even 
if they react differently. Thus, clearcoats must be protected separately against UV light. Currently, 
all clearcoats contain a light stabiliser package. The light stabilisers consist of UV absorbers and 
free-radical quenchers. UV absorbers are quasi dyestuffs which absorb UV light instead of vis-
ible light. In this regard, it is important that the light absorption is concentrated only on the UV 
content of the light, as otherwise the UV absorber would influence colour and transparency of 
the clearcoat, e.g. cause yellowing. UV absorbers must offer optimum compatibility in the liquid 
phase and in the film matrix. The compounds chosen are therefore modified with particularly 
organophilic molecular building blocks. They must be resistant to evaporation and migration. Of 
course, they must not decompose under the influence of light. The first UV absorbers to prove suit-
able for automotive clearcoats were the oxalanilides. They were replaced by the 2-hydroxyphenyl 
benzotriazoles. 2-Hydroxyphenyl triazines are currently touted as the best UV absorbers on the 
market. Figure 3.8.17 shows the chemical structure of a typical member of both classes of com-
pounds. Figure 3.8.18 (page 186) shows the absorption spectra of these types of UV absorbers.
UV absorbers absorb UV light in accordance with the Beer-Lambert Law (see Chapter 2.1.2.1), 
which describes the dependence of absorption on the layer thickness. The filter effect of UV 
absorbers in the upper parts of the layer is quite low; formation of free-radicals followed by 
decomposition reactions may take place. In addition, UV light may also generate free-radicals 
with other molecules besides the film matrix, e.g. with water to generate atmospheric humidity 
Clearcoats

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Figure 3.8.18: Absorption spectra of UV absorbers
Figure 3.8.20: Proposed reaction mechanism of free-radical quenchers
Figure 3.8.19: Molecular structure of a free-radical quencher
that may also impact the clearcoat layer. That is why UV absorbers are always combined with free-
radical quenchers when intended for clearcoats. Free-radical quenchers are compounds that form 
low-energy free-radicals which have long life-times and which can absorb other energy-rich free-
radicals by recombination reactions, converting their energy into chemical energy. The quencher 
free-radicals then re-form. The most important class of free-radical quenchers for clearcoats is that 
of sterically hindered amines, which are variously substituted 2,2,6,6-tetramethyl piperidines. 
Different substituents are attached to the nitrogen atom and the piperidine ring. These products 
Automotive OEM coatings

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are called hindered amine light stabilisers (HALS). The molecular structure of a typical HALS is 
given in Figure 3.8.19 
[156]
. The reaction mechanism of free-radical quenchers is thought to be that 
shown in Figure 3.8.20 
[156]
.
The other requirements imposed on free-radical quenchers are the same as for UV absorbers: com-
patibility with the resin matrix, very low vapour pressure, no migration, and resistance to light.
Since piperidines with secondary nitrogen atoms and N-alkyl substituted piperidines are basic, 
they have a pro-catalytic effect on the isocyanate reaction and an anti-catalytic effect on mela-
mine reactions. The N-acetyl compounds behave indifferently, but make less effective free-radical 
quenchers. The best in this regards are the N-alkoxy compounds of the piperidines. They are not 
basic and have the highest yield of free-radicals.