Automotive Coatings Formulation: Chemistry, Physics und Practices

3.4.3 Advent of electro deposition primers
The first car bodies were assembled from separate parts during production. Such parts were easy to 
paint manually. As the number of cars increased and spray coating was introduced, the process had 
to be optimised. By the time self-supporting car bodies were being made, spraying was no longer 
efficient. Apart from the time needed to spray the car, the spray was not reaching hollow spaces, 
which were therefore at risk of corrosion. This led to the introduction of dip priming for applying 
solventborne primers 
[53]
. Dipping the entire car body required large dipping tanks and large, stor-
age-stable batches of paint material. A compromise solution that used less primer was “slipper 
dipping” in which the lower car body (including the doors) was dipped into a shallow tank, with 
the upper section primed by flow-coating or spraying. But although slipper dipping economised on 
material, there were additional problems. Coating of interior body parts and in hollow spaces was 
not optimal since evaporating solvent reduced the thicknesses of the layers there.
The solventborne primers consisted of a combination of alkyd resins modified with unsaturated 
fatty acids and amino resins (mainly urea resins) for crosslinking at elevated temperatures. The 
level of corrosion protection improved when these resins were replaced by a combination of epoxy 
esters and phenol resins. The coloured pigments employed in the primers were red iron oxide or 
titanium dioxide, which were tinted mostly grey by adding carbon black and yellow iron oxide. 
Extenders were barium sulphate and calcium carbonate. Functional pigments added to boost the 
corrosion protection were white lead (basic lead carbonate) and zinc chromates. The solvents were 
mainly high-boiling aromatic hydrocarbons, combined with solvents of greater polarity, such as 
butanols and glycol ethers. The additives for such primers were wetting agents (for pigments and 
surfaces) and rheological products to prevent pigment settling and paint sagging during dipping 
and film forming. Modified bentonites and colloidal silicas proved to be very efficient rheologi-
cal additives. The thickness of the film layers and the coating’s performance were influenced by 
the application conditions and the primer formulation. Critical formulation parameters were the 
solids content, the viscosity and the solvent evaporation rate. The most important dipping param-
eters were lifting velocity, air circulation, and air temperature. These primers were mostly stoved 
at relatively high temperatures (up to 180 °C).
The biggest problem of the dipping tanks described was the extent of solvent evaporation. Besides 
pollution of the environment, there was the risk of explosion, which meant that fire insurance 
costs were high. Research then got under way to find alternatives to solventborne systems for 
automotive dip priming – this was one of the first industrial coating processes to introduce water-
dilutable paint systems. Water-dilutable stoving enamels were developed in the early 1950s 
[54]
. 
They were based on polyester, alkyd, and phenol resins doped with quantities of free carboxyl 
groups. The carboxyl groups were neutralised with amines to yield anions that could carry the 
polymer molecules in aqueous phase. Neutralisation and addition of water yielded colloidal 
solutions. The colloidal solutions may also have contained some solvents, called co-solvents that 
stabilised the colloidal solution and helped optimise film formation. The carboxylic groups were 
incorporated into resin molecules in various ways: addition of anhydrides to hydroxyl groups, 
reaction with hydroxy carboxylic acids, e.g. etherification with the methylol groups of phenol res-
ins, and diene-addition of maleic anhydride across conjugated double-bond systems. The addition 
Pre-treatment and primers

---

50
of maleic anhydride had the advantage that the carboxyl groups were bonded via carbon-carbon 
linkages, which were much more stable to hydrolysis than ester linkages. Polyolefin emulsions 
also served as alternative resin systems 
[55]
. 
Water-borne dipping primers had the advantage of reducing emissions of organic solvents and 
eliminating the risk of explosion and thus led to savings on the costs of fire insurance. But they 
also had some disadvantages. On account of the specific physical properties of water (high surface 
tension, high polarity, and high evaporation enthalpy), it was very difficult to make homogeneous 
coating films without defects, such as sagging and craters. Water-borne primers enjoyed only a 
short reign in the coating industry – from 1960 to just 1965. Further intensive research to find 
better solutions led to the advent of