Automotive Coatings Formulation: Chemistry, Physics und Practices

Water-thinnable melamine resins
The crosslinkers for water-borne basecoats are mostly melamine resins (see Chapter 3.5.3.2). 
Melamine resins which contain methanol by way of etherification alcohol are water-soluble, or 
at least water-thinnable. There are types which still contain free NH groups, and HMMM resin 
(hexymethoxymethyl melamine resins). When HMMM resin is used, acid catalysts must be added 
for effective crosslinking at the stoving temperatures commonly employed for automotive OEM 
coatings. The carboxyl groups of polyesters, acrylic resins, and polyurethanes can have a catalytic 
effect. Amine salts of sulphonic acids also serve as additive catalysts.
3.7.5.2 Rheological additives
Rheological additives for water-borne basecoats are: bentonites, colloidal silica, associative thick-
eners prepared from hydrophobically modified ethylene oxide urethanes (HEUR), natural carbo-
hydrate thickeners, and the aforementioned high-molecular or crosslinked acrylic dispersions.
The choice of rheological additives (thickeners) is much more important for water-borne basecoat 
than for conventional solvent-borne basecoats. On account of its high evaporation enthalpy, water 
evaporates from film layers more slowly than do most solvents. Therefore, the solids content of 
Basecoats

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basecoat films after the application process is much lower than in the case of solvent-borne sys-
tems. This explains the cause of lower viscosity, including the risk of sagging on vertical parts 
of the substrates and of less immobilising of effect substances. This can only be compensated 
by influencing the rheology – i.e. generating structural viscosity. Of course, the addition of such 
effective additives must not impair flow and levelling of the basecoat.
3.7.5.3 Pigments and effect substances
Coloured pigments suitable for water-borne basecoats are the same as those described for top-
coats (see Chapter 3.6.3.6) or for solvent-borne basecoats (see Chapter 3.7.3.6). Of course, it is very 
important for the pigments to be resistant in aqueous phase at high pH values. They must also be 
dispersed easily in the aforementioned resins for water-borne basecoats. The preferred dispersion 
resins are water-thinnable polyesters and polyurethane dispersions. The chosen pigments must 
not flocculate in aqueous phase.
Unfortunately, some of the effect substances used in solvent-borne basecoats are not stable 
enough in the aqueous phase. Mica pigments must be chosen with regard to the stability of their 
surface doping. More problematic are the aluminium pigments. On account of its amphoteric 
nature, aluminium can become soluble in acids or in bases. The reactions of aluminium metal 
are shown in Figure 3.7.17.
The relatively large surface area of the aluminium particles causes its reactions to proceed rela-
tively quickly. The destruction of aluminium particles leads to a loss of effect and formation of a 
grey colour. The aluminium or aluminate ions formed by the reactions may cause coagulation of 
the resins that make up the water-borne basecoat. In addition, hydrogen is generated. Therefore, 
when water-borne basecoats with aluminium pigments are being prepared, it is essential to 
protect the surface of the pigments against reaction with water phase. Specific resins stabilise 
aluminium by wetting the surface of particles, e.g. epoxy resins and some acrylic resins bearing 
carboxyl groups. However, the main additives or agents chosen react with the surface of alu-
minium to form very thin layers of compounds (complex compounds). Such agents are phosphoric 
esters, alkyl phosphonic acid, special silicates, chromates, and chromic acid 
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