Automotive Coatings Formulation: Chemistry, Physics und Practices

3.8.2.6 Windscreen bonding
Windscreens and other window parts are installed in car bodies by being bonded in the grooves 
of window frames with special sealants 
[153]
. On one hand, the windows must be firmly connected 
to the frame while, on the other, the bond must offer some play to allow for differential thermal 
expansion of the window and frame. The installed window must also contribute to the stiffness 
of the entire car body. 
The adhesive material consists of plastic beading. The binders are moisture-curing polyurethane 
prepolymers. Such prepolymers are prepared by making polyether polyols react with excess 
aromatic diisocyanates to afford polymers with terminated isocyanate groups. The polyether 
polyols contain mixtures of difunctional compounds with smaller quantities of polyethers of 
high functionality for creating crosslinked elastomer molecules after moisture curing. The curing 
starts by addition of atmospheric moisture to the isocyanate group to yield a carbaminic acid. The 
carbaminic acid is unstable and decomposes into an amine and carbon dioxide. The amine reacts 
very quickly with remaining isocyanate groups to form urea linkages (crosslinked polyureas). 
These reactions are accelerated by catalysts, e.g. dibutyltin dilaurate and bismuth octoate. The 
adhesives also contain pigments, mainly carbon black, up to 20 % by weight. The critical property 
here is adhesion of the adhesive material – during application but more important after crosslink-
ing – to the clearcoat layer on the window frame. The adhesion properties must be tested carefully. 
Crucial factors governing adhesion are the building blocks in the clearcoat resin composition, the 
type of crosslinker used for the clearcoat, the crosslinking density, atmospheric humidity and 
temperature. Furthermore, different adhesive materials react differently with different clearcoats. 
It is very important to match the adhesive type and its constituent materials to the clearcoat. Car 
producers stipulate close cooperation between windscreen-adhesive producers and coating-mate-
rials producers as they have to guarantee that there will be no loss of adhesion of windows in the 
car-body frames during use. This is tested by applying a bead of adhesive from a cartridge to pan-
els treated with the full coating system. The adhesive is allowed to crosslink under well defined 
conditions. The end of the bead on the panel is cut and the bead pulled off under high force. The 
force needed to remove the bead is determined. The best result is one in which very little of the 
clearcoat surface is exposed and cohesion failure occurs in the adhesive itself.