Тонер — это порошковая смесь, используемая в лазерных принтерах и копировальных аппаратах для формирования текста и изображений на бумаге, в основном с помощью картриджа с тонером . В основном гранулированный пластик, ранние смеси добавляли только угольный порошок и оксид железа ; теперь есть смеси, которые содержат полипропилен , коллоидный кремнезем и различные минералы для трибоэлектрификации . [1] Тонер с использованием пластика растительного происхождения также существует как альтернатива нефтяному пластику. [2] Частицы тонера плавятся под действием тепла термофиксатора и , таким образом, прикрепляются к бумаге.
В более ранних фотокопировальных аппаратах этот недорогой углеродный тонер заливался пользователем из бутылки в резервуар в аппарате [ требуется ссылка ] . Более поздние копировальные аппараты и лазерные принтеры, начиная с первого Hewlett-Packard LaserJet 1984 года, [3] подают тонер непосредственно из герметичного картриджа.
Картриджи с лазерным тонером для использования в цветных копировальных аппаратах и принтерах выпускаются в наборах голубого, пурпурного, желтого и черного цветов ( CMYK ), что позволяет создавать очень широкую цветовую гамму путем смешивания.
Конкретный используемый полимер варьируется в зависимости от производителя, но может быть стиролакрилатным сополимером , полиэфирной смолой , стиролбутадиеновым сополимером или несколькими другими специальными полимерами. Формулы тонера различаются от производителя к производителю и даже от машины к машине. Обычно больше всего различаются формула, размер гранул и температура плавления .
Первоначально размер частиц тонера составлял в среднем 14–16 микрометров [4] или больше. Теоретически, для идеального воспроизведения точек и элементов печати при 600 dpi требуется размер частиц около 5 мкм, а при 1200 dpi — около 3 мкм. [5] Дальнейшее уменьшение размера частиц, приводящее к дальнейшему улучшению разрешения, разрабатывается путем применения новых технологий, таких как агрегация эмульсии. [6] Производители тонера поддерживают стандарт контроля качества для распределения размеров частиц , чтобы производить порошок, подходящий для использования в их принтерах.
Тонер традиционно изготавливался путем смешивания ингредиентов и создания пластины, которая дробилась или гранулировалась, а затем превращалась в мелкий порошок с контролируемым диапазоном размеров частиц с помощью воздушно-струйного измельчения . Этот процесс приводит к образованию гранул тонера с различными размерами и асферической формой. Чтобы получить более тонкую печать, некоторые компании используют химический процесс для выращивания частиц тонера из молекулярных реагентов. [7] Это приводит к более однородному размеру и форме частиц тонера. Более мелкие, однородные формы обеспечивают более точное воспроизведение цвета и более эффективное использование тонера.
Тонер можно смыть с кожи и одежды холодной водой. Горячая или теплая вода размягчает тонер, заставляя его прилипать к месту. Тонер, прилипший к коже, со временем стирается или может быть частично удален абразивным очистителем для рук. Тонер, прилипший к одежде, обычно не может быть удален. Неприлипший тонер легко очищается от большинства видов одежды, пригодных для стирки в воде. Поскольку тонер представляет собой воск или пластиковый порошок с низкой температурой плавления, во время чистки его следует хранить в холодном месте.
Частицы тонера имеют электростатические свойства по своей природе и могут создавать статические электрические заряды, когда они трутся о другие частицы, предметы или внутренние части транспортных систем и шлангов пылесоса. Из-за этого и из-за малого размера частиц тонер не следует пылесосить обычным домашним пылесосом . Статический разряд от заряженных частиц тонера теоретически может воспламенить пыль [8] в мешке пылесоса или создать небольшой взрыв, если в воздухе находится достаточное количество тонера. Частицы тонера настолько мелкие, что они плохо фильтруются мешками-фильтрами бытового пылесоса и могут выдуваться через двигатель пылесоса в комнату. Они также могут вызывать перегрев, засоряя фильтр двигателя, и короткое замыкание из-за своей электропроводности (углерод, железо), когда они плавятся внутри двигателя. [9]
Если тонер просыпается в лазерный принтер или копировальный аппарат, для эффективной очистки может потребоваться специальный тип пылесоса с электропроводящим шлангом и высокоэффективным ( HEPA ) фильтром. Они называются электростатическими (ESD-safe) или тонерными пылесосами. Аналогичные пылесосы, оснащенные HEPA-фильтром, следует использовать для уборки более крупных проливов тонера.
Муле и др. (1991) сообщили, что реакции на хроническое вдыхание копировального тонера, пластиковой пыли, пигментированной углеродной сажей, диоксидом титана и кремнием, также были качественно аналогичны реакциям на диоксид титана и выхлопные газы дизельного двигателя . [10]
Технический углерод , один из компонентов тонера, классифицируется МАИР как «возможно канцерогенный» ( группа 2B ) .
Как мелкий порошок, тонер может оставаться взвешенным в воздухе в течение некоторого периода и считается оказывающим воздействие на здоровье, сопоставимое с инертной пылью . Он может быть раздражителем для людей с респираторными заболеваниями, такими как астма или бронхит . После исследований бактерий в 1970-х годах, которые подняли вопрос о влиянии на здоровье, вызванном пирролом , загрязнителем, образующимся при производстве сажи, используемой в черном тонере, производственные процессы были изменены для устранения пиррола из готового продукта.
Исследования, проведенные в Квинслендском технологическом университете, показали, что некоторые лазерные принтеры испускают субмикронные частицы, которые в других исследованиях окружающей среды связывались с респираторными заболеваниями . [11]
Исследование в Университете Ростока показало, что микроскопические частицы в тонере являются канцерогенными, подобно асбесту. Несколько техников, которые работали с принтерами и копировальными аппаратами ежедневно, наблюдались в течение нескольких лет. У них были выявлены повышенные проблемы с легкими. [12] Это подтверждает предыдущие исследования, опубликованные в 2006 году. [13]
Исследования Гарвардского университета показали, что во время печати наночастицы оксида металла (определяемые как 100 нанометров и меньше, следовательно, 0,1 микрометра и меньше) выбрасываются в воздух из лазерных принтеров на основе тонера и многофункциональных устройств. Эти машины используют частицы тонера, которые в среднем имеют общий диаметр 20 микрометров, но поверхности самих частиц тонера несут бесчисленное количество крошечных наночастиц оксида металла. [14] Эти сверхмалые наночастицы оксида металла являются высокобиоактивными и могут причинить вред легким, а также другим частям тела, учитывая, что частицы размером 0,1 микрометра и меньше могут пересекать биологические мембраны (включая альвеолы легких), тем самым получая доступ ко всем органам через кровообращение. [15] Это остается областью активных исследований со многими пробелами в знаниях. [16] [17]
Контейнер для тонера может быть простой упаковкой, для хранения и транспортировки тонера, или, кроме того, расходным компонентом принтера. Наиболее распространенный способ потребления тонера — это картридж с тонером (или лазерный тонер ), как канцелярский расходный материал лазерного принтера или копировального аппарата.
Несколько производителей тонера предлагают тонер в оптовых количествах. Обычно тонер насыпью продается в бочках или мешках по 10 кг (22 фунта).
Затем тонер используется в различных отраслях промышленности для предоставления потребителям готовых лазерных картриджей с тонером.
Производители оригинального оборудования, такие как HP и Canon , а также производители совместимых тонер-картриджей используют тонер в процессе производства совершенно нового OEM-картриджа. Восстановители [18] тонер-картриджей используют тонер в процессе создания восстановленных тонер-картриджей. Другие компании используют тонер для предоставления услуг по заправке тонера .
Большинство картриджей с тонером доступны среднестатистическому потребителю через розничные магазины или местные операции по восстановлению. Восстановленные и перезаправленные картриджи с тонером, как правило, предлагаются по более низкой цене, чем оригинальные картриджи с тонером, поскольку они были либо полностью восстановлены, а затем заправлены тонером (более оптимальный метод), либо просто заправлены тонером (менее оптимальный метод).
Переработка отработанного тонера до потребителя практикуется большинством производителей. Классификация тонера по желаемому распределению размеров приводит к отходам нестандартного размера, но они становятся ценным сырьем для операции компаундирования и перерабатываются таким образом. Отработанный тонер после потребителя появляется в основном в процессе очистки фотопечатающей машины. В ранних принтерах до 20–25 % подаваемого тонера попадало в очистительный отстойник и выбрасывалось как отходы. Повышение эффективности принтеров сократило этот поток отходов до более низких уровней, хотя в среднем 13 % тонера в каждом картридже все еще тратится впустую. [19] Некоторые конструкции принтеров пытались направить этот отработанный тонер обратно в резервуар для чистого тонера для прямого повторного использования в принтере; эти попытки имели неоднозначный успех, поскольку состав тонера изменится за счет расходования плавких элементов, при этом сохраняя частицы проявителя. Было сделано некоторое рассмотрение и меньше попыток в отрасли по утилизации отработанного тонера путем его очистки и «восстановления».
Большая часть тонера идет на печатные страницы, большая часть которых в конечном итоге перерабатывается в операциях по восстановлению и переработке бумаги. Удаление тонера из пульпы — непростая задача, и сообщалось о формулах тонера, облегчающих этот шаг. [20] Сообщалось о гидролизуемых, водорастворимых и едкорастворимых смолах тонера, но, по-видимому, они не получили широкого распространения. Большинство предприятий по переработке бумаги смешивают тонер с другими отходами, такими как чернила и смолы, в шлам, не имеющий коммерческого использования. [ требуется ссылка ]
Так как тонер состоит из нескольких сополимеров и является материалом на основе углерода, его можно использовать в качестве полезного модификатора для асфальтовой промышленности. Было показано, что включение остатков сгоревшего тонера значительно улучшает реологические и механические свойства асфальтового связующего. Такое применение можно рассматривать как экологически чистую альтернативу для предотвращения загрязнения почвы из-за захоронения отходов тонера. [21] Добавление отходов тонера в асфальтовое связующее и смесь снижает температуру стеклования связующего, а также, в то же время, повышает температуру кристаллизации. [22] [23]
