Automotive Coatings Formulation: Chemistry, Physics und Practices

3.4.5 Composition of cathodic electro deposition primers
Cathodic electro deposition primers for automotive OEM coatings consist of modified aromatic 
epoxy resins. In most cases, two resin modifications are employed, namely the resin for the 
main dispersion and the grinding resin for the pigment paste. The first modification consists 
of amine adducts that are neutralised to generate cations which can be hydrolysed to groups 
capable of creating colloidal water-borne dispersions. The second modification contains build-
ing blocks that confer flexibility. The crosslinkers for the modified epoxy resins are blocked 
aromatic polyisocyanates. There are coloured pigments, extenders and some corrosion protec-
tion pigments. The additives employed are wetting agents, levelling agents, bactericides and 
fungicides, and crosslinking catalysts 
[70]
.
3.4.5.1 Epoxy resins
Aromatic epoxy resins, the primary and critical resin component of cathodic electro deposition 
primers are notable for their excellent corrosion protection. Films formed by crosslinked epoxy 
resins have high hardness and excellent resistance to solvents and many chemicals. They are 
relatively resistant to high temperatures. But aromatic epoxy resins are neither weatherable nor 
resistant to light and yellowing.
The most important starting components for the production of aromatic epoxy resins are bisphe-
nol A (4,4’-dihydroxy-2,2-diphenylpropane), a condensation product of two molecules of phenol 
and one molecule of acetone, and epichlorohydrin (1-chloro-2,3-epoxypropane). The epichlorohy-
drin adds across the acidic OH-groups of the bisphenol A. Treatment with concentrated sodium 
hydroxide solution generates hydrochloric acid and ultimately sodium chloride. An epoxy group is 
also formed. The simplest compound contains two molecules of epichlorohydrin and one molecule 
of bisphenol A. It is the bis-glycidyl ether of bisphenol A (Figure 3.4.4 shows the reaction). This 
low-molecular product ranges from being liquid to crystalline in accordance with its purity.
Figure 3.4.4: Preparation of the bis-glycidyl ether of bisphenol A
Pre-treatment and primers

---

60
High-molecular epoxy resins can be made by making epichlorohydrin react with bisphenol A in 
a ratio of less than 2:1. The preparation of high-molecular epoxy resins in this way is shown in 
Figure 3.4.5
High-molecular epoxy resins can also be prepared by an alternative process. This involves making 
the bis-glycidyl ether of bisphenol A react with more bisphenol A, and is shown in Figure 3.4.6.
The second method is advantageous because it does not require handling of the highly toxic 
epichlorohydrin, which is only used for the preparation of the bis-glycidyl ether. Another advan-
tage is that high-molecular resins prepared by this method are much more bi-functional than 
those resins prepared by the first. With the first method, there is the risk that – at high molecular 
weights – the epoxy groups will not be formed due to back reaction with concentrated sodium 
hydroxide solution; in that event, hydrolysis leads only to bishydroxyl compounds. It is very impor-
tant for the chlorine content in the epoxy resins to be as low as possible, as it would be risky to 
use the resins for corrosion protection. The target is less than 50 ppm saponifiable chlorine.
Epoxy resins are capable of crosslinking. Crosslinking may take place at the epoxy groups or 
at the secondary hydroxyl groups. The epoxy groups react with amines or carboxylic acids in 
an addition reaction. The reaction with amines occurs at ambient temperatures, while that with 
carboxyl groups needs an elevated temperature. The addition reaction is beneficial to paints that 
are applied in thick layers. There is a risk, however, that reactions involving cleavage of products 
will lead to film defects. The secondary hydroxyl groups of epoxy resins are less reactive. They 
react at elevated temperatures with phenol resins or amino resins. These are condensation reac-
tions in which water or alcohols are cleaved. Aromatic epoxy resins are widely used, not only for 
coatings, but also for plastic parts. Before they can be used in cathodic electro deposition primers, 
they have to be modified with amines.