Automotive Coatings Formulation: Chemistry, Physics und Practices

3.6 Topcoats
3.6.1 Development of topcoats for automotive coatings
The first boost to automakers’ productivity came with the advent of topcoats based on cellulose 
nitrate and plasticisers. These topcoats dried fast enough to meet the needs of on-line con-
veyor production (see Chapter 3). The main disadvantage was their low weatherability. Gradual 
improvements were made by replacing them with combinations of alkyds and cellulose nitrate. 
However, continually rising demands meant that research had to continue, too. The introduction 
of 
stoving enamels
based on alkyds and amino resins achieved both goals, namely fast drying 
and adequate weatherability (as demanded at that time). The first stoving enamels contained 
urea resins as crosslinkers. However, melamine resins offered even better weatherability. Even 
though these were more expensive than urea resins, they were nonetheless incorporated into 
automotive topcoat formulations. Initially, alkyd resins acted as plasticising resins. They consisted 
of unsaturated fatty acids, with the oil sources being cottonseed oil, soy oil, sunflower oil, and 
more particularly dehydrogenated castor oil. When alkyds are modified with unsaturated fatty 
acid, they can dry by crosslinking with atmospheric oxygen. For a long time, it was thought that,
 
in stoving enamels based on the aforementioned combination, the amino resins and alkyd resins 
crosslinked separately at
 
elevated temperatures in the oven, and that the alkyd was the plasticis-
ing component of the combination. Surprisingly late,
 
in the mid-1950s, it was discovered that co-
crosslinking also occurs between them. As co-crosslinking yielded optimum film properties, the 
resins were developed so as to promote the participation of co-crosslinking in film formation: the 
hydroxyl values of the alkyds were increased. Alkyds modified with unsaturated fatty acids were 
therefore replaced by saturated fatty acids. These were non-yellowing and offered better weather-
ability. The saturated fatty acids at that time were based on coconut oil, mainly the short chain 
moieties of the fatty acids of coconut oil. Later,