Automotive Coatings Formulation: Chemistry, Physics und Practices

 
when the linear saturated fatty acids of coconut 
oil were used increasingly in the production of surfactants and high performance lubricants,
 
their 
place in alkyds was increasingly taken by synthetic fatty acids. Such fatty acids have branched 
alkyl chains and are prepared mainly by oxo synthesis from different olefins. The alkyds modified 
with such monocarboxylic acids are notable for their excellent weatherability and lack of yellow-
ing. They offer an optimum balance of hardness and flexibility. However, in terms of pigment 
wetting and application behaviour, the long-chain linear fatty acids have some advantages. Thus, 
the alkyds in optimised topcoat formulations contain synthetic fatty acids and some quantities of 
long-chained natural fatty acids. 
Meanwhile, in the USA, development work took a different direction. Topcoats based on cellulose 
nitrate were initially replaced by systems based on high-molecular polyacrylates. Thermoplastic 
polyacrylates, like topcoats based on cellulose nitrate, dried by physical means only. They con-
ferred better weatherability and did not yellow. When the effects of crosslinked systems were 
recognised, the logical step was to replace the thermoplastic, drying polyacrylates by acrylates 
that had lower molecular weights and contained functional groups for crosslinking. Since the 
late 1950s, topcoats in the USA had been based on acrylic resins containing hydroxyl groups and 
melamine resins as crosslinker. They offered excellent weatherability, did not yellow, and were 
additionally resistant to solvents and chemicals. Their weatherability paved the way for their use 
in other markets. In Europe, topcoat makers persisted with alkyds because their weatherability 
now matched that of acrylic resins. More crucially, alkyd systems bestowed a much better appear-
ance than acrylic systems. By appearance here is meant the totality of levelling, smoothness, 
filling power (topcoat
 
holdout), and gloss.
The solids content (application viscosity) of such topcoats containing alkyds and melamine resins 
varied from 45 to 55 % by weight, the precise figure depending on the colour. The relatively high 
Topcoats

---

112
application solids meant that the pressure to economize on solvents and to eliminate volatile 
organic compounds (VOCs) was less than for conventional solvent-borne basecoats, which had 
much lower application solids. Nevertheless, trials were conducted with a view to launching top-
coats with higher application solids onto the market. Several resin groups were involved: alkyds, 
saturated polyesters, and acrylic resins. For topcoats based on high-solid alkyd resin and HMMM 
resin as crosslinker, the solids content varied from 55 to 65 % by weight, again the precise fig-
ure depending on the colour. Another way to achieve such high-solids was to use low-molecular 
polyisocyanates as crosslinkers. Of course, that
 
meant dealing with two-component coatings. 
However, in contrast to clearcoats, where two-component coatings had become established (see 
Chapter 3.8.3.4), the topcoats posed problems due to the need for frequent colour changes.
Another development was an improvement in resistance to chemicals, mainly acids. The resultant 
topcoat
 
systems employed hybrid crosslinking, the crosslinkers being a combination of melamine 
resins and blocked polyisocyanates 
[28]
. Finally, the positive experiences gained from the use of 
basecoat-clearcoat
 
systems for effect topcoats were then applied to topcoats without effect matter. 
To distinguish between topcoats with and without effect matter, those without were called solid 
colour topcoats or straight shade topcoats. All the definitions convey the impression that
 
the colour 
and brightness of such topcoats do not change with the angle of view. Thus, the effect basecoats, 
which were introduced into the automotive coating market in the late 1960s, were followed in the 
1980s by