Тонер¶
Тонер — это порошкообразный красящий материал, используемый в лазерных принтерах, копировальных аппаратах и многофункциональных устройствах (МФУ) для формирования изображения на бумаге. В отличие от жидких чернил, применяемых в струйной печати, тонер представляет собой сухую смесь мелкодисперсных частиц, обладающих способностью электризоваться и переноситься на поверхность под действием электростатического поля.
¶История
История тонера неразрывно связана с развитием ксерографии — технологии сухого электростатического копирования, изобретённой американским физиком Честером Карлсоном в 1938 году. Первые тонеры представляли собой смесь природных смол, сажи и других компонентов. В 1949 году компания Haloid Company (будущая Xerox Corporation) выпустила первый коммерческий копировальный аппарат Model A, который использовал тонер на основе углеродной сажи и смолы.
В 1960-х годах, с появлением первых лазерных принтеров, началась разработка синтетических тонеров. В 1970-х годах компания IBM представила тонеры на основе полиэфирных смол, которые обеспечивали более высокое качество печати и меньшую токсичность. В 1980-х годах, с распространением персональных компьютеров и настольных принтеров, началось массовое производство тонеров, а также разработка их цветных вариантов. В 1990-х годах появились химически синтезированные тонеры, которые позволили добиться более мелкого размера частиц и, соответственно, более высокого разрешения печати.
¶Состав и производство
Тонер представляет собой сложную многокомпонентную систему. Основные компоненты включают:
- Полимерная основа (связующее вещество): Обычно это термопластичные смолы (стирол-акриловые, полиэфирные, полиуретановые). Они обеспечивают плавление тонера при нагреве и его фиксацию на бумаге.
- Красящее вещество (пигмент): Для чёрного тонера используется углеродная сажа (технический углерод). Для цветных тонеров применяются органические пигменты (например, фталоцианиновые — для голубого, диазопигменты — для жёлтого, нафтоловые — для пурпурного).
- Магнитные материалы: В тонерах для монокомпонентных систем проявления (например, в принтерах Samsung, Brother) добавляется оксид железа (Fe₃O₄) для придания частицам магнитных свойств.
- Регуляторы заряда: Добавки, которые обеспечивают стабильный электростатический заряд частиц (положительный или отрицательный). В качестве регуляторов используются амины, соли четвертичного аммония, металлоорганические комплексы.
- Добавки для улучшения текучести: Диоксид кремния (аэросил), оксид алюминия или титана. Эти наночастицы покрывают поверхность частиц тонера, предотвращая их слипание и улучшая сыпучесть.
- Воски: Парафиновые, полиэтиленовые или карнаубские воски. Они снижают температуру плавления тонера и улучшают его отделение от нагревательного вала, предотвращая «залипание».
Производство тонера осуществляется двумя основными методами:
- Механическое измельчение (конвенциональный метод): Смесь компонентов плавят, охлаждают в виде блока, а затем измельчают в шаровых или струйных мельницах до частиц размером 5–15 микрометров. Полученные частицы имеют неправильную, осколочную форму.
- Химический синтез (полимеризация): Частицы тонера синтезируются в жидкой среде методом эмульсионной или суспензионной полимеризации. Этот метод позволяет получать частицы сферической формы строго заданного размера (3–8 микрометров), что обеспечивает более высокое качество печати и меньший расход тонера.
¶Классификация
Тонеры классифицируются по нескольким признакам.
¶По цвету
- Чёрный (монохромный): Наиболее распространённый тип, используемый в большинстве офисных и домашних принтеров.
- Цветной (CMY): Используется в цветных лазерных принтерах. Стандартная цветовая модель — голубой (Cyan), пурпурный (Magenta), жёлтый (Yellow). В некоторых моделях также используется чёрный (Key) тонер.
- Специальные тонеры: Белые, флуоресцентные, металлизированные, прозрачные (для ламинирования), магнитные (для печати чеков и банковских документов).
¶По способу проявления
- Двухкомпонентные (dual-component): Состоят из тонера и носителя (carrier). Носитель — это магнитные частицы (обычно ферритовые), которые переносят тонер на фотобарабан. Используются в высокоскоростных и промышленных устройствах.
- Однокомпонентные (mono-component): Тонер сам обладает магнитными свойствами или электризуется при трении о ролик подачи. Используются в большинстве современных настольных принтеров и МФУ.
¶По типу полимерной основы
- Стирол-акриловые: Наиболее распространённые, обеспечивают хорошее качество печати и низкую стоимость.
- Полиэфирные: Более дорогие, но обладают лучшей адгезией к бумаге и более высокой термостойкостью. Используются в цветных принтерах и для печати на плёнках.
- Полиуретановые: Высокопрочные, используются в промышленных принтерах для печати на этикетках и упаковке.
¶Принцип работы
Процесс лазерной печати с использованием тонера включает несколько этапов:
- Зарядка: Фотобарабан (светочувствительный цилиндр) получает равномерный электростатический заряд.
- Экспонирование: Лазерный луч «рисует» на барабане скрытое электростатическое изображение, снимая заряд в освещённых участках.
- Проявление: Тонер, имеющий противоположный заряд, притягивается к заряженным участкам барабана, формируя видимое изображение.
- Перенос: Изображение с барабана переносится на бумагу под действием электростатического поля.
- Фиксация: Бумага с тонером проходит через нагревательный узел (печку), где тонер плавится и вдавливается в структуру бумаги.
- Очистка: Остатки тонера с барабана удаляются ракелем.
¶Применение
Основная область применения тонера — лазерная печать в офисной и домашней технике. Однако существуют и другие сферы:
- Промышленная печать: Высокоскоростные принтеры для печати книг, журналов, этикеток, упаковки.
- Печать на текстиле: Сублимационные тонеры для переноса изображения на ткань.
- 3D-печать: В некоторых технологиях селективного лазерного спекания (SLS) используются тонероподобные порошки.
- Криминалистика: Тонер используется для дактилоскопии (выявления отпечатков пальцев) и для восстановления стёртых текстов.
¶Экологические аспекты и безопасность
Тонер, особенно мелкодисперсный, может представлять опасность при вдыхании. Частицы тонера размером менее 5 микрометров способны проникать в лёгкие и вызывать раздражение дыхательных путей. При работе с тонером рекомендуется использовать респиратор и избегать его распыления.
В Российской Федерации обращение с отработанными тонер-картриджами регулируется законодательством об отходах производства и потребления. Картриджи, содержащие тонер, относятся к отходам III–IV класса опасности. Они подлежат утилизации или переработке. Существуют компании, занимающиеся заправкой картриджей (восстановлением), что позволяет снизить количество отходов.
¶Интересные факты
- Первый тонер для ксерокса был изготовлен из сажи и серы.
- В 1980-х годах компания Canon разработала технологию «двухкомпонентного проявления», которая позволила значительно увеличить скорость печати.
- Существуют тонеры, которые светятся в ультрафиолетовом свете, используемые для защиты ценных бумаг и документов.
- В 2010-х годах были разработаны тонеры на основе биоразлагаемых полимеров (например, из кукурузного крахмала).
¶Источники
- Карлсон, Честер. История изобретения ксерографии. — Нью-Йорк: Xerox Corporation, 1985.
- Королёв, А. Н. Технология лазерной печати. — М.: Машиностроение, 2003.
- Петров, В. В. Полимерные материалы в полиграфии. — СПб.: Профессия, 2010.
- ГОСТ Р 51121-97. Средства копировальной и множительной техники. Тонеры. Технические условия. — М.: Госстандарт России, 1997.
- СанПиН 2.2.2.1332-03. Гигиенические требования к организации работы на копировально-множительной технике. — М.: Минздрав России, 2003.
- Федеральный закон от 24.06.1998 № 89-ФЗ «Об отходах производства и потребления».