Automotive Coatings Formulation: Chemistry, Physics und Practices

3.8.5 Clearcoat with increased solid contents
Conventional clearcoats which consist of hydroxy acrylic resins (“normal” viscosity, number aver-
age molecular weights 5,000 to 7,000 g/mol) and of highly reactive melamine resins (partly ether-
ified) have application solids of 38 to 42 % by weight. It is possible to increase the solids content 
for the same application viscosity to 48 to 50 % by weight through choosing low-molecular weight 
acrylic resins (number average molecular weight of 1,500 to 2,500 g/mol) and relatively low-vis-
cosity, yet still reactive melamine resins (imino types). Such clearcoats are called “medium-sol-
ids clearcoats”. The use of especially-low-molecular weight acrylic resins and HMMM resins as 
crosslinker makes it possible to achieve 55 to 60 % by weight application solids. These clearcoats 
are called “high-solid clearcoats”. These clearcoats must contain efficient catalysts for crosslink-
ing, usually strong acids, e.g. sulphonic acids, to allow optimum crosslinking at the usual stoving 
temperatures of 130 to 145 °C. Strong acid catalysts can be disadvantageous (e.g. impair the effect 
substances – aluminium pigments – in the underlying basecoat). The requisite very high-solid 
content can be achieved by adding reactive diluents. Suitable for this are low-viscosity polyols 
whose hydroxyl groups may react with the melamine resins.
Specific measures are needed for making acrylic resins that have a low viscosity, yet confer nearly 
the same film properties as the conventional acrylic resins in the aforementioned conditions. 
For films of sufficient hardness and flexibility, the low-molecular acrylic resins contain high 
Figure 3.8.24: Topcoat segment for basecoat and clearcoat application
Automotive OEM coatings

---

193
quantities of hydroxyl groups that provide maximum reactivity. However, there are monomers 
which generate solution viscosities lower than those of other monomers in acrylic resins of the 
same average molecular weight at the same solution concentration, while striking a balance of 
adequate hardness and flexibility. Such monomers are, for example, tertiary butyl acrylate and 
acrylic esters of cycloaliphatic monoalcohols 
[161]
.
The aforementioned acrylic resins modified with carbamate groups are also suitable for use in 
high-solid clearcoats. The use of acrylic resins containing such functional groups offsets the limi-
tations imposed by low molecular weights, because they react more with the functional groups of 
melamine resins than with hydroxyl groups 
[162]
. 
Combining the aforementioned low-molecular acrylic resins with aliphatic polyisocyanate adducts 
as crosslinker makes it possible to achieve a clearcoat solids content of 55 % by weight and more in 
the application state. Crosslinking with polyisocyanates generally generates better film properties 
than crosslinking with melamine resins. However, in that case, it makes sense to increase the 
hydroxyl number of the acrylic resins for the sake of optimum film properties. Of course, the use 
of polyisocyanate adducts requires equipment for the application of two-component materials.
As long as solventborne clearcoats are used for automotive OEM coating, the requirements and 
restrictions 
[163]
concerning reductions in emissions of VOCs must be observed. The restrictions 
vary from region to region. This is the reason that two-component clearcoats together with water-
borne basecoats are preferred in Europe. In the USA and in some Far Eastern plants, too, high-
solid clearcoats together with high-solid basecoats are preferred. One reason for this difference 
may be the higher cost of two-component clearcoats, not only of the ingredients but in addition 
also of the application equipment. To facilitate changing of the application process, it is neces-
sary to install storage tanks for basecoats and hardener, and to install separate feed lines and 
two-component spray guns.