Тонер — это порошковая смесь, используемая в лазерных принтерах и копировальных аппаратах для формирования текста и изображений на бумаге, как правило, с помощью тонер-картриджа . В основном это гранулированный пластик, в ранние смеси добавляли только углеродный порошок и оксид железа , однако с тех пор были разработаны смеси, содержащие полипропилен , коллоидный кремнезем и различные минералы для трибоэлектрификации . [1] Тонер с использованием пластика растительного происхождения также существует в качестве альтернативы нефтяному пластику. [2] Частицы тонера плавятся под действием тепла термофиксатора и таким образом прикрепляются к бумаге.
В более ранних копировальных аппаратах этот недорогой угольный тонер пользователь заливал из бутылки в резервуар аппарата . Более поздние копировальные аппараты и лазерные принтеры, начиная с первого Hewlett-Packard LaserJet 1984 года, [3] питаются непосредственно из запечатанного картриджа с тонером.
Лазерные картриджи с тонером для использования в цветных копировальных аппаратах и принтерах поставляются в наборах голубого, пурпурного, желтого и черного цветов ( CMYK ), что позволяет создавать очень большую цветовую гамму путем смешивания.
Конкретный используемый полимер зависит от производителя, но это может быть сополимер стиролакрилата , полиэфирная смола , сополимер стирола и бутадиена или несколько других специальных полимеров. Составы тонера варьируются от производителя к производителю и даже от машины к машине. Обычно состав, размер гранул и температура плавления сильно различаются.
Первоначально размер частиц тонера составлял в среднем 14–16 микрометров [4] или больше. Теоретически для идеального воспроизведения точек и элементов печати при разрешении 600 dpi необходим размер частиц около 5 мкм, а при разрешении 1200 dpi — около 3 мкм. [5] Дальнейшее уменьшение размера частиц, приводящее к дальнейшему улучшению разрешения, разрабатывается за счет применения новых технологий, таких как агрегация эмульсии. [6] Производители тонера соблюдают стандарты контроля качества распределения частиц по размерам , чтобы производить порошок, подходящий для использования в их принтерах.
Тонер традиционно изготавливался путем смешивания ингредиентов и создания пластины, которую измельчали или гранулировали, а затем превращали в мелкий порошок с контролируемым диапазоном размеров частиц путем струйного измельчения . В результате этого процесса получаются гранулы тонера разного размера и асферической формы. Чтобы получить более мелкий отпечаток, некоторые компании используют химический процесс выращивания частиц тонера из молекулярных реагентов. [7] Это приводит к более однородному размеру и форме частиц тонера. Меньшие и однородные формы обеспечивают более точную цветопередачу и более эффективное использование тонера.
Тонер можно смывать с кожи и одежды холодной водой. Горячая или теплая вода смягчает тонер, заставляя его прилипать к поверхности. Тонер, прилипший к коже, со временем стирается или его можно частично удалить с помощью абразивного очистителя для рук. Тонер, прилипший к одежде, обычно невозможно удалить. Незакрепившийся тонер легко очищается от большинства предметов одежды, которые можно стирать в воде. Поскольку тонер представляет собой воск или пластиковый порошок с низкой температурой плавления, во время чистки его следует хранить в холодном состоянии.
Частицы тонера по своей конструкции обладают электростатическими свойствами и могут создавать статические электрические заряды при трении о другие частицы, предметы или внутренние части транспортных систем и шлангов пылесоса. Из-за этого, а также из-за небольшого размера частиц тонер не следует пылесосить обычным бытовым пылесосом . Статический разряд от заряженных частиц тонера теоретически может воспламенить пыль [8] в мешке пылесоса или вызвать небольшой взрыв, если в воздухе находится достаточное количество тонера. Частицы тонера настолько мелкие, что плохо фильтруются мешками-фильтрами бытового пылесоса и могут проникнуть через мотор пылесоса в помещение. Они также могут вызвать перегрев из-за засорения фильтра двигателя и короткого замыкания из-за своей электропроводности (углерод, железо) при плавлении внутри двигателя. [9]
Если тонер пролился в лазерный принтер или копировальный аппарат, для эффективной очистки может потребоваться специальный тип пылесоса с электропроводящим шлангом и высокоэффективным ( HEPA ) фильтром. Их называют безопасными для электростатического разряда (ESD-безопасными) или пылесосами для тонера. Аналогичные пылесосы с HEPA-фильтром следует использовать для уборки крупных просыпаний тонера.
Мюле и др. (1991) сообщили, что реакция на постоянное вдыхание копировального тонера, пластиковой пыли, пигментированной углеродной сажей, диоксидом титана и диоксидом кремния, также качественно подобна реакции на диоксид титана и выхлопные газы дизельных двигателей . [10]
Углеродная сажа , один из компонентов тонера, классифицируется МАИР как «возможно канцерогенный» ( группа 2B ) .
В виде мелкодисперсного порошка тонер может оставаться в воздухе в течение некоторого времени и считается, что его воздействие на здоровье сравнимо с воздействием инертной пыли . Это может быть раздражителем для людей с респираторными заболеваниями, такими как астма или бронхит . После исследований бактерий в 1970-х годах, которые вызвали обеспокоенность по поводу воздействия на здоровье пиррола , загрязняющего вещества, образующегося при производстве технического углерода, используемого в черном тонере, производственные процессы были изменены, чтобы исключить пиррол из готового продукта.
Исследования Технологического университета Квинсленда показали, что некоторые лазерные принтеры излучают субмикрометровые частицы, которые, по данным других экологических исследований, связывают с респираторными заболеваниями . [11]
Исследование, проведенное в Университете Ростока, показало, что микроскопические частицы тонера канцерогенны, подобно асбесту. За несколькими техническими специалистами, ежедневно работавшими с принтерами и копировальными аппаратами, наблюдалось наблюдение в течение нескольких лет. Они показали увеличение проблем с легкими. [12] Это подтверждает предыдущие исследования, опубликованные в 2006 году. [13]
Исследования Гарвардского университета показали, что во время печати наночастицы оксидов металлов (размером 100 нанометров и меньше, следовательно, 0,1 микрометра и меньше) выбрасываются в воздух из лазерных принтеров и многофункциональных устройств, работающих на основе тонера. В этих машинах используются частицы тонера, общий диаметр которых составляет в среднем 20 микрометров, но поверхности самих частиц тонера содержат бесчисленные крошечные наночастицы оксидов металлов. [14] Эти сверхмаленькие наночастицы оксидов металлов обладают высокой биоактивностью и могут нанести вред легким, а также другим частям тела, поскольку частицы размером 0,1 микрометра и меньше могут пересекать биологические мембраны (включая альвеолы легких), тем самым получая доступ ко всем органам. органы посредством кровообращения. [15] Эта область остается областью активных исследований, в которой имеется множество пробелов в знаниях. [16] [17]
Контейнер с тонером может представлять собой простую упаковку для хранения и транспортировки тонера или, кроме того, расходный компонент принтера. Самый распространенный способ потребления тонера — использование тонер-картриджа (или лазерного тонера ) в качестве канцелярского расходного материала для лазерного принтера или копировального аппарата.
Некоторые производители тонера предлагают тонер в оптовых количествах. Обычно сыпучий тонер продается в бочках или мешках по 10 кг (22 фунта).
Затем тонер используется в различных отраслях промышленности, чтобы предоставить потребителям готовый лазерный картридж с тонером.
Производители оригинального оборудования, такие как HP и Canon , а также производители совместимых тонер-картриджей используют тонер в процессе производства совершенно новых OEM-картриджей. Производители [18] картриджей с тонером используют основной тонер в процессе создания восстановленных картриджей с тонером. Другие компании используют тонер для предоставления услуг по заправке тонера .
Большинство картриджей с тонером доступны обычному потребителю через розничные магазины или местные предприятия по восстановлению. Восстановленные и перезаправленные картриджи с тонером обычно предлагаются по более низкой цене, чем оригинальные картриджи с тонером, поскольку они либо полностью восстановлены и затем заправлены тонером (более оптимальный метод), либо просто заправлены тонером (менее оптимальный метод).
Переработка отработанного тонера практикуется большинством производителей. Классификация тонера по желаемому распределению по размерам приводит к получению брака нестандартного размера, но они становятся ценным сырьем для операции компаундирования и таким образом перерабатываются. Отработанный тонер появляется в основном при очистке фотопечатной машины. В ранних принтерах от 20 до 25% подаваемого тонера попадало в отстойник очистителя и выбрасывалось как отходы. Повышение эффективности принтера позволило сократить поток отходов до более низкого уровня, хотя в среднем 13% тонера в каждом картридже по-прежнему тратится впустую. [19] В некоторых конструкциях принтеров была предпринята попытка перенаправить этот отработанный тонер обратно в резервуар для первичного тонера для прямого повторного использования в принтере; эти попытки увенчались переменным успехом, поскольку состав тонера будет меняться за счет расходования плавких веществ при сохранении частиц проявителя. В промышленности было предпринято некоторое внимание и меньше попыток утилизировать отработанный тонер путем его очистки и «восстановления».
Большая часть тонера уходит на напечатанные страницы, большая часть которых в конечном итоге перерабатывается в операциях по восстановлению и переработке бумаги. Удаление тонера из пульпы является непростой задачей, и сообщалось о рецептурах тонера, облегчающих этот этап. [20] Сообщалось о гидролизуемых, водорастворимых и щелочерастворимых тонерных смолах, но они, по-видимому, не получили широкого применения. Большинство предприятий по переработке бумаги смешивают тонер с другими отходами, такими как чернила и смолы, в осадок, который не используется в коммерческих целях. [ нужна цитата ]
Поскольку тонер состоит из нескольких сополимеров и является материалом на основе углерода, его можно использовать в качестве полезного модификатора в асфальтовой промышленности. Было показано, что включение остатков сгоревшего тонера значительно улучшает реологические и механические свойства асфальтового вяжущего. Такое приложение можно рассматривать как экологически чистую альтернативу для предотвращения загрязнения почвы из-за захоронения отработанного тонера. [21] Добавление отработанного тонера в асфальтовое вяжущее и смесь снижает температуру стеклования вяжущего, а также одновременно увеличивает температуру кристаллизации. [22] [23]
