Automotive Coatings Formulation: Chemistry, Physics und Practices

Secondary dispersions with homogeneous particles
The experiences gained with one-component clearcoats and powder slurries (see Chapter 3.8.7) 
led to the preparation of secondary dispersions stabilised with suitable surfactants (emulsifiers). 
The products consist of acrylic resins containing hydroxyl groups and special blocked polyisocy-
anates 
[167]
. Both components are mixed in the form of an organic solution and then converted into 
an aqueous dispersion. After that, the process solvents are stripped off. The completely solvent-
free dispersions form clearcoat films with excellent weathering resistance and adequate chemical 
resistance. There is a much lower tendency during the application process to form blisters than 
is the case for the other water-borne clearcoat systems. So far, secondary dispersions containing 
the main resin and crosslinker homogeneously mixed in all particles have only found isolated use 
in automotive OEM application 
[168]
.
3.8.7 Powder clearcoats
Powder coatings are the optimum solution for reducing emissions of volatile organic compounds 
in coating applications. As with powder primer surfacers (see Chapter 3.5.7) and clearcoat appli-
cation, a powder is converted into an aerosol (fluidised) that can be transported and sprayed. Spray 
application is effected with various types of electrostatic spray equipment (corona charging, tribo 
charging). The charged particles are fed by the electrical field and deposited on the earthed object. 
Film forming proceeds in a stoving oven by melting and crosslinking. So far, it takes a minimum 
60 to 70 µm film thickness to achieve sufficiently smooth and glossy surfaces. Although the pri-
mary transfer efficiency of electrostatic powder application of about 50 % by weight is relatively 
low compared with that of electrostatically applied wet clearcoat materials with up to 80 % by 
weight, it is possible to recycle the overspray of powder coatings. When this recycling is factored 
in, the result is a transfer efficiency of about 95 % by weight. The problem with recycling powder 
coating material is the risk of contamination.
It is an advantage if thick coating layers do not evolve reaction products during film forming by 
crosslinking. Addition is therefore the chosen mechanism for crosslinking powder coating res-
ins. For powder clearcoats, the reaction of epoxy compounds with carboxylic acids is preferred. 
Since conventional aromatic epoxy resins will not meet the requirement for adequate weathering 
resistance, epoxy acrylic resins are prepared. Epoxy acrylic resins consist of adequate quantities 
of a comonomer containing an epoxy group. Glycidyl methacrylate is virtually the only monomer 
used for preparing such acrylic resins. The acrylic resins are made by solution polymerisation. 
After polymerisation, the process solvent is distilled off by vacuum distillation, the resin melt is 
discharged, cooled and ground to a powder. The acrylic resin powder is mixed with crosslinker 
and suitable additives in a dry mixer. The mixture is passed through an extruder, is cooled again, 
milled very finely, and classified by different screening methods. 
The crosslinkers for powder clearcoats are polycarboxylic acids (e.g. dodecanoic acid, azelaic 
acid) and polycarboxylic anhydrides. Anhydrides must be reacted first with hydroxyl groups to 
form free carboxyl groups that then react with the epoxy groups. The addition reaction between 
carboxyl groups and epoxy groups leads to the formation of -hydroxy esters. For its part, the 
generated hydroxyl group can open anhydride structures to form esters and free carboxyl groups. 
The principle behind the addition reaction is shown in Figure 3.8.25.
Clearcoats

---

196
Figure 3.8.25: Principle behind the addition reaction of acrylic resins containing epoxy groups
The conditions for the reactions are 140 to 160 °C. The system is thus suitable for application as 
a clearcoat in automotive OEM coating lines as it meets the specified conditions. There are other 
powder coatings which need elevated temperatures, but they would have a negative effect on the 
structure of the OEM coating (over-stoving). Clearcoat films formed from the reaction products 
of acrylic resins containing epoxy monomer and aliphatic polycarboxylic acids or derivatives are 
distinguished by excellent weathering resistance, good resistance to chemicals, high hardness 
and gloss, and adequate yellowing resistance.