Automotive Coatings Formulation: Chemistry, Physics und Practices

4.5 Topcoats
Different systems were for repairing solid colour topcoats used in the past.The first were physical 
drying topcoats based on cellulose nitrate as main binder, combined with non-drying alkyds as 
plasticiser resins. In the 1920s, such systems were also used for OEM topcoats. The advantages 
of these ‘combination enamels’ were fast physical drying, high pigment loading leading to bright 
colours, and easy application. The disadvantages were poorer weathering resistance and little 
resistance to solvents and chemicals.
Their successors offered better weathering resistance. The resin components were oxidatively 
drying alkyd resins. The preferred alkyd resins were the fast-drying types, containing at most 
50 % by weight non-yellowing fatty acids, mostly comprising 9,12-linoleic acid and modified with 
benzoic acids (benzoic acid itself or p-tert.-butyl benzoic acid) 
[86]
. Although such alkyd coatings 
exhibit fast initial drying, the through-drying properties, which are important for recoating and 
assembly, were inadequate. Some regions still employ both these classes of product. In the 1970s, 
the earlier repair systems were replaced by two-component topcoats, initially in Europe. The resin 
combination of the two-components topcoats are hydroxy acrylic resins (see Chapter 3.8.3.1) and 
polyisocyanate adducts as crosslinkers (see Chapter 3.8.3.4). Acrylic resins were preferred to 
polyesters or alkyds because of their superior weathering resistance. However, the real advantage 
of acrylic resins lies in their far superior initial-drying properties in comparison to polyesters or 
Figure 4.4: Copolymerisation of UP resin and styrene
Repair coatings

---

213
alkyds. Acrylic resins also have disadvantages: the high density of colloidal particles in acrylic 
resin solutions confers inferior wetting properties, and coating films based on such resins have 
inferior filling power and poorer topcoat hold-out. These disadvantages were overcome by devel-
oping acrylic resins that behaved like alkyd resins. The most important acrylic resins based on 
this concept are modified with glycidyl esters of saturated fatty acids 
[116, 181]
. The crosslinkers are 
low-viscosity aliphatic polyisocyanate adducts 
[182]
, mainly isocyanurate trimers of hexamethylene 
diisocyanate (see Chapter 3.8.3.4). Here, too, dibutyl tin dilaurate is the recommended catalyst. 
The pigments used in repair topcoats are principally the same as those which are suitable for 
automotive OEM topcoats and basecoats. One of the preconditions for repair topcoats is faithful 
replication of the OEM colours. In addition, repair topcoats must provide the same weathering 
resistance and stability to other types of impact as OEM topcoats. However, making the right 
selection is not as easy as it seems: repair topcoats contain resins other than those contained in 
OEM topcoats and the basecoats may have different wetting properties. Repair topcoats are stored 
for much longer than OEM topcoats and so the pigment dispersion must be much more stable. 
Repair topcoats are prepared mainly from tinting base colours. Of course, when such tinting 
colours are mixed after being taken out of storage, they have to yield the same colour as freshly 
mixed material. Finally, repair topcoat systems must be capable of reproducing discontinued OEM 
colours. Repair topcoats require a much wider pigment range than is the case for OEM topcoats. 
Sometimes, it is better to choose other pigment types to meet the required colour requirement or 
to choose a type whose pigment particle surfaces have been specially after-treated. It may also be 
necessary to expend more effort on producing the optimum pigment dispersion or to use special 
additives for optimum pigment wetting and dispersion stability. 
The same trend is to be observed for repair topcoat systems as for OEM topcoat systems. On 
account of the positive experiences gained with two-layer effect topcoats, solid colours for repair 
coating are also being applied in two layers, comprising basecoat and clearcoat. This displacement 
of one-layer topcoats by two-layer topcoats initiated in Europe and has spread to different extents 
throughout the various regions.