Automotive Coatings Formulation: Chemistry, Physics und Practices

2.4 Production process
Resins (polymers) are made from their building blocks by chemical reactions. The reactions 
take place at elevated temperatures in reactors which are equipped specifically for the differ-
ent reactions. On account of the number of different resin types, most resins are prepared in 
batch processes. But trials are also underway to introduce continuous production processes. It 
is standard practice to convert the resins into solutions or dispersions which are suitable for the 
production of paints.
Generally, the production of paints 
[31]
does not involve chemical reactions. Instead, different mix-
ing processes are employed that are based only on physical reactions. The goal is to disperse the 
different components of the paint formulation (resin solutions or dispersions, pigments, additives 
and solvents) as effectively as possible. Mixing is performed in containers which are equipped 
with different types of stirrers or other mixing aggregates. As already mentioned, some of the 
solvents are used to dissolve resins and additives. The most important and also the most expen-
sive process is the dispersing of pigments in resin solutions. The pigment powders have to be 
dispersed in a liquid medium. The small particles have a very large surface area and adsorb air 
and moisture and form agglomerates. A lot of energy is required to negate the adsorption and to 
disperse the agglomerates by wetting the particle surfaces with liquid resin materials. Special 
equipment is chosen for this, and most of the dispersion processes contain two steps. The first, 
known as pre-dispersion, is carried out in a dissolver. Dissolvers are containers armed with large 
stirrer disks which may have edges shaped like a saw blade. For larger containers, the stirrer disks 
also move vertically through the dispersion batch. Dissolvers are equipped with high-power stir-
rer motors that can generate high rotation in liquids of relatively high viscosity. 
The second employs different types of stirrer mills consisting of a horizontal or vertical milling 
container, with a stirrer and several stirrer disks as well as fixed disks for feeding the dispersing 
material intensively through the mill container. The mill contains grinding media that are special 
General aspects of coatings

---

37
sand particles or beads that offer optimum resistance to abrasion (for example, they may consist 
of zirconium oxide). The dispersion batch is fed through the mill container continuously. The 
efficiency is controlled by stirrer speed and feeding velocity. After passing through the mill, the 
dispersion batch and the grinding media are separated by screens or by a separation slit. Figure 
2.10 shows the principle of a horizontal stirrer mill.
The dispersion effect is created by the application of friction and shearing stress to the batch of 
pigment dispersion by the disks, blades and grinding media. Although the equipment is called a 
mill, there is no milling involved. Instead, the pigment agglomerates are dispersed. Most of the 
energy required goes to wetting the particle surfaces. 
The efficiency of dispersing is controlled by measuring the tinting strength. The tinting strength 
increases continuously during dispersing, since it depends on the amount of particles. The hid-
ing power of the pigment dispersion will pass through a maximum, since the optimum hiding 
power depends on the particle sizes which must be close to half the wavelength of visible light. 
Pigment dispersions containing small particles become transparent. Organic pigments prima-
Figure 2.10: Principle of a horizontal stirrer mill
Figure 2.11: Dependence of tinting strength and hiding power on particle size or dispersion time
Production process

---

38
rily afford the opportunity of achieving very small particle sizes during dispersing. Transpar-
ency is suitable for pigmenting effect paints (e.g. metallic basecoats). For solid colour topcoats, 
it is important to have optimum hiding power. Thus, it sometimes makes sense to disperse 
pigments to different degrees to suit the intended use or application. The dependence of tinting 
strength and hiding power on particle size or dispersion effort (grinding time) is illustrated in 
Figure 2.11 (page 37).
A lot of effort goes into guaranteeing the reproducibility of paint production. Tests are con-
ducted at several production stages. They start off with the raw materials, which are analysed 
for compliance with the specification given by the supplier. The storage stability of the raw 
materials is also checked. The various batches of resin solutions or dispersions must meet 
specific values that are checked before those intermediates are used. Most effort is expended 
on the reproducibility of colours. The pigment dispersions are defined and standardised by 
different measures. It must be possible to always mix pigment dispersions in the same way to 
prepare the same colour. Once the paint is made, the colour is tested intensively. It is adjusted 
by means of standardised pigment dispersions (pigment pastes) for tinting, which are control-
led by computer programs. Often, it is also necessary to run an application test on each batch 
of paint. The final test concerns the cleanness of the paint, since even the tiniest contamination 
can seriously impair the paint finish. All the various tests and analyses take a lot of time, with 
occupation of mixing equipment being the most time-consuming. There are different ways to 
rationalise production and tests. For example, it is possible to use mobile mixing containers 
that are connected to the stirring unit only when a raw material or intermediate (tinting paste) 
is added. During the test period, the mobile container is temporarily stored in the background 
and the mixing equipment can be used for other production batches. Figure 2.12 is a schematic 
illustration of the full paint production process. 
Figure 2.12: Paint production process
General aspects of coatings

---

39