Automotive Coatings Formulation: Chemistry, Physics und Practices

3.2 Automotive coatings as a multilayer system
As mentioned in the last section, automotive coatings have always consisted of several different 
layers. Despite all the trials aimed at streamlining the coating process, including reducing the 
number of paint layers, cars are still being coated with multilayer systems. The main reason is that, 
with a smaller number of coating layers, it is not possible for automotive paint systems to meet 
the imposed requirements, which are now much stricter than in the past. It is an ongoing require-
ment that the properties must be enhanced. The various layers have to perform different functions. 
In accordance with the aforementioned historical development, automotive coating systems now 
consist of three layers, namely the primer, the primer surfacer or filler, and the topcoat. 
Primers, together with pre-treatment methods, have to generate adhesion on the substrate (car 
body) and to guarantee corrosion resistance. Fillers have to cover over any structures on the 
substrate and yield smooth surfaces. The second most important demand on filler layers is to 
absorb mechanical impact on the coating. Finally, the topcoat has to provide the colour, gloss and 
levelling, and resistance to weathering, solvents, and chemicals. This three-layer system is still in 
use today for solid colour coating systems (or straight shades, which are coatings without special 
effects). Figure 3.2.1 shows the structure of such an automotive three-layer system.
The late 1960s saw the introduction of effect coatings, which initially consisted of aluminium pig-
ments. The effect stems from changes in brightness caused by variations in the amount of light 
reflected from the surface as the viewing angle changes. Since effect pigments consist of rather 
Automotive OEM coatings

---

43
Figure 3.2.1: Structure of three-layer automotive coating
large particles which are sensitive to environmental influences, the coating layer containing those 
pigments is covered and protected by a clearcoat. In other words, the function of the topcoats is 
split across several layers. The effect basecoat provides the colour, effect, and attractive appear-
ance. The clearcoat provides gloss, hardness, and resistance to weathering, solvents, and chemi-
cals. On account of the good experience gained with such four-layer coating systems, not only effect 
paints, but also solid colour systems are applied as four-layer coatings. Since clearcoats offer the 
ability to protect even “normal” pigments against light and weathering, the three-layer coatings 
for solid colour systems will be replaced by their four-layer counterparts, despite the extra effort 
involved in the application process. One advantage of this is that all colours (solid and effect) can 
be applied in the same application line by the same method. Figure 3.2.2 shows a four-layer coating 
system consisting first of a effect basecoat and second of a solid colour basecoat.
Although four layers are applied that perform different functions, it must be remembered that the 
entire coating layer is just 90 to 120 µm thick, i.e. only slightly thicker than a human hair. 
Figure 3.2.2: Four-layer coating with effect basecoat and solid colour basecoat
Automotive coatings as a multilayer system

---

44