Automotive Coatings Formulation: Chemistry, Physics und Practices

2.3.2 Chemical film forming
The use of resins that form films by physical drying as a means of achieving optimum film proper-
ties (e.g. resistance to mechanical impact and chemicals) requires that the polymers chosen must 
have high molar masses and – if possible – high glass transition temperatures. But there are some 
disadvantages to using such polymers. In organic solutions, such polymers need a high amount of 
solvents to form solutions of sufficiently low viscosity for application. Since a major objective of 
the coating industry has been to reduce the emission of VOCs mainly during application, the use 
of solutions with low solids content is restricted. There is an additional objective to reduce the loss 
of materials with a view to saving on raw material costs. Finally, all polymers which form films by 
physical drying only have in adequate resistance to solvents and chemicals, as good solvents for 
the polymers are still able to re-dissolve the polymers.
If the application form of a coating material consists of a dispersion that forms films only by evapo-
ration of the dispersing agent, the viscosity is virtually unaffected by the molar mass. But polymers 
in dispersions must have lower glass transition temperatures; otherwise film forming will not be 
optimum. Resistance to chemicals, humidity and solvents will therefore not be optimal either. 
To overcome these disadvantages, most coating materials for industrial application contain resins 
that form very large molecules only after application. The molecules of such resins must therefore 
lend themselves to molecular extension. The molar masses of the resins in paints are relatively 
low. A better definition of such molecules is that they are not polymers, but oligomers. Such oli-
Film forming

---

34
gomers require a much lower quantity of solvent to achieve the viscosity for the application form. 
The process by which very large molecules are formed after application under defined conditions 
– mainly in a relatively short time – is that of crosslinking. Crosslinking is the reaction of different 
functional groups of the resins to form high molecular three-dimensional networks. The various 
functional groups which react with each other may be localised in one type of resin molecule. 
This type of reaction is called self-crosslinking. But in most cases the different functional groups 
belong to different resins and the reaction takes place between the molecules of different resins. 
This reaction is called co-crosslinking. The crosslinking reactions take place under different 
conditions. If the reactivity is high enough, crosslinking may take place at ambient temperature 
(room temperature). In that case, the reactive parts of the entire coating formulation have to be 
handled separately. In most cases, the coating material is supplied as two components (mainly 
a base component and the so-called hardener – the crosslinker which is normally the smaller 
amount of the two). Such paint systems are called two-component paints. Both components have 
to be properly mixed just before application. After mixing, the paint must be applied within a 
certain period of time if the coating is to form the optimum film. This time is called the pot-life. 
Most users of two-component paints ask for pot-lives of up to six hours. 
In other cases, the crosslinking reaction takes place at ambient temperatures but the reaction 
has to be started by the addition of catalysts or initiators. Without those additions, the coating 
materials are stable in storage. Storage stability is defined as the period of time during which 
coating systems can be applied without undergoing a change in application form, mainly without 
changing the viscosity too much. And, of course, the resultant film properties must be the same as 
those of fresh materials. Users of various coating materials require a minimum storage time that 
has to be guaranteed by the supplier. The most common requirement is six months. Such storage 
stabilities are achieved by resin combinations which are less reactive at ambient temperature. 
After application, the resin combinations react at higher temperatures to form crosslinked film 
networks. These paint systems are called stoving lacquers (also stoving enamels or baking enam-
els). Although most of these paint systems consist of two or more different reactive resins, they 
are defined as one-component paints if the entire mixture can be supplied in one container.