ТОНЕРЫ: «АНАТОМИЯ», КЛАССИФИКАЦИЯ, ТЕХНОЛОГИИ, ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ. (ЧАСТЬ 1)

О тонерах написано немало различных трудов. В этой статье мы попытаемся систематизировать разрозненную информацию с целью «ликбеза» для новичков, восполнения пробелов в теоретических познаниях (если таковые имеются) для профессионалов, а также ответов на практические часто-задаваемые нашими клиентами вопросы по использованию тонеров. При прочтении стоит помнить, что нельзя объять необъятное и из всего нижеизложенного бывают исключения. Не придирайтесь к тексту по пустякам :-). Общее определение тонера приблизительно следующее — это мелкодисперсный порошок, который используется в сухом электрофотографическом процессе (ксерографии) для проявления скрытого изображения на фоторецепторе и формирования видимого изображения на бумаге (или другом материале). «Анатомия» тонера. Структура и химический состав тонеров, применяемых в современных копировальных аппаратах и лазерных принтерах, довольно сложны. Рассмотрим упрощенную структуру частицы «типичного» тонера, представленную на рисунке. Основой тонера является полимер. Он связывает в единое целое все прочие составляющие и задает базовые характеристики по способности частиц тонера приобретать заряд и закрепляться на бумаге. В настоящее время широко применяются два основных типа полимеров — стирен-акриловый сополимер и полиэстер. Для того чтобы тонер имел возможность приобретать заряд нужного знака (положительный или отрицательный) и в нужном количестве, в полимерную основу внедряется добавка, регулирующая заряд (CCA — Charge Control Agent). Типичные CCA, используемые в настоящее время для отрицательного заряда тонера, это азокрасители и органические кислоты. Типичные CCA для положительного заряда — четвертичные соли и нигрозиновые красители. Магнитные свойства тонера обеспечиваются присутствием в его составе магнетита (окиси железа). Его наличие обязательно для тонеров, используемых в однокомпонентной магнитной системе проявки, т.к. магнитная составляющая силы, действующей на частицы тонера, необходима, для правильной работы системы. Для тонеров, используемых в однокомпонентной немагнитной системе проявки, наличие магнетита не является обязательным, но иногда он может присутствовать в качестве добавки, управляющей «пыльностью» тонера. Дополнительной функцией магнетита в составе тонера может являться распознавание напечатанных кодов магнитными считывателями информации — т.н. система MICR (Magnetic Ink Character Recognition). Эта система довольно широко применяется в банковском деле за рубежом, но в нашей стране не сильно распространена. В целях улучшения стабильности работы считывающих устройств, тонеры MICR, как правило, имеют в своем составе повышенное содержание оксида железа по отношению к «обычным» магнитным тонерам. Используемые для тонеров полимеры бесцветны. Цвет тонера обеспечивается различными пигментами. В качестве пигмента для черных магнитных тонеров может быть использован упомянутый выше магнетит. Для немагнитных черных тонеров часто используется Carbon Black или, проще говоря, сажа. В цветных тонерах используются красители соответствующего цвета. Модификаторы используются для придания тонеру требуемых свойств по термическому закреплению — температуры размягчения, адгезии к валам блока закрепления, глянца закрепленного изображения. В их качестве могут использоваться воск, полипропилен, полиэтилен и др. Поверхностные добавки обеспечивают требуемые характеристики тонера по трению частиц между собой и о другие компоненты машины, т.е. с их помощью регулируются «текучесть» тонера, значение трибоэлектрического заряда, смазывающие свойства и способность к очистке. В качестве поверхностных добавок могут использоваться аморфный диоксид кремния (silica), полимеры и др. Классификация тонеров. Теперь, имея представление об «анатомии» тонера можно приступить к их классификации. Предлагаемая нами система не претендует на стопроцентную полноту, но даже она достаточно широка. Первый и очевидный признак, по которому можно разделить тонеры, это их цвет, который определяется цветом пигмента-красителя. Для монохромных машин обычно требуется тонер только черного цвета, для поноцветных, дополнительно к черному, необходимы тонеры трех основных цветов субстрактивного цветового синтеза (Cyan, Magenta, Yellow). Встречаются монохромные машины с возможностью выделения фрагментов изображения дополнительным цветом или печати всего изображения цветом, отличным от черного. Для этих машин производятся тонеры самых различных цветов — красного, синего, зеленого, коричневого и т.д. Второй классифицирующий признак тонеров, это их магнитные свойства. Тонеры бывают магнитными и немагнитными. Магнитные тонеры содержат в своем составе магнетит (оксид железа) и иногда называются «двухкомпонентными» тонерами, поскольку они являются одновременно и тонером и «носителем», т.е. готовым «проявителем» (девелопером). Тонеры этого типа используются в однокомпонентной магнитной системе проявки, применяемой в монохромных лазерных принтерах и МФУ HP/Canon, аналоговых копирах Canon, принтерах Kyocera и др. Немагнитные тонеры либо не имеют в своем составе окиси железа, либо имеют его в очень небольшом количестве. Такие тонеры иногда называются «однокомпонентными» и используются как в двухкомпонентной системе проявки, где «проявителем» (девелопером) является смесь немагнитного тонера и магнитного «носителя», так и в однокомпонентной немагнитной системе проявки, где в качестве «проявителя» выступает только сам немагнитный тонер. Примером машин с двухкомпонентной проявкой является большинство копиров и МФУ Sharp, Ricoh и др. Однокомпонентная немагнитная проявка используется в принтерах и МФУ Samsung, Lexmark и др. Далее, разделим тонеры по знаку их заряда в машине. Заряд может быть либо положительным, либо отрицательным и обеспечивается добавкой CCA, о которой было сказано выше. Требуемый знак заряда тонера определяется, во-первых, знаком заряда поверхности фоторецептора (барабана), а во-вторых, используемой системой печати — «аналоговая», где начальный заряд фоторецептора соответствует темному изображению, а оптика засвечивает светлые участки; или «цифровая», где начальный заряд фоторецептора соответствует белому, а лазер засвечивает темные участки изображения. Несложно посчитать, что возможно четыре различных комбинации технологии печати и знака заряда фоторецептора — по паре для каждого типа тонера. Тонер с отрицательным зарядом используется в машинах с «цифровой» системой печати и отрицательно заряженным фоторецептором (принтеры и МФУ HP, Canon, Sharp, Ricoh, Samsung, Lexmark и многие другие) и в «аналоговых» машинах с положительно заряженным фоторецептором (аналоговые копиры Mita). Тонер с положительным зарядом используется в «аналоговых» машинах с отрицательно заряженным фоторецептором (аналоговые копиры Canon, Xerox, Sharp и многие другие) и «цифровых» машинах с положительно заряженным фоторецептором (принтеры и МФУ Kyocera, Brother). Также, можно разделить тонеры по типу использованного в них полимера на стирен-акриловые (styrene acrylic copolymer) и полиэстровые (polyester). В настоящее время полиэстер приобретает все более широкое распространение, поскольку он имеет более низкую температуру размягчения, что позволяет получить хорошее закрепление изображения на бумаге при высоких скоростях печати и относительно невысоких температурах, а это экономит электроэнергию. Тем не менее, современные технологии производства стирен-акриловых тонеров с использованием различных модификаторов позволяют во многих случаях производить тонеры с хорошим закреплением, даже в тех случаях, когда печатающий механизм был изначально рассчитан на использование полиэстрового тонера. Последним пунктом в нашей упрощенной классификации будет технология производства тонеров. Тонеры бывают «механическими» («обычными») и «химическими». Вкратце, механический тонер (conventional, pulverizing) производится путем перемалывания твердой основы с последующим отсеиванием частиц с нужными размерами, а химический (chemical и много других синонимов) — «выращиванием» частиц тонера в реакторах. Основное физическое различие в их свойствах — «правильность» формы и размера частиц. В механических тонерах частицы бесформенные и имеют довольно широкий диапазон размеров отдельных частиц. В химических же тонерах большинство частиц имеет правильную форму (не обязательно сферическую) и узкое распределение их размеров. Более подробно отличие свойств тонеров, произведенных по разным технологиям, а также сами технологии, будут рассмотрены в следующей части данной статьи. Поскольку существует большое количество разновидностей систем печати, все вышеперечисленные признаки могут встречаться у реальных тонеров в любых сочетаниях, пожалуй, за единственным исключением — автору неизвестны магнитные цветные тонеры. Причина этого проста — магнетит, необходимый для магнитных тонеров, окрашивает тонер в черный цвет. Попробуем найти реальные примеры оригинальных тонеров для нескольких типов по предложенной классификации. Черные тонеры: Магнитный, отрицательно заряжаемый, стирен-акриловый, механический — HP LJ1200, Xerox N24. Магнитный, отрицательно заряжаемый, полиэстровый, механический — HP LJ4250. Магнитный, положительно заряжаемый, стирен-акриловый, механический — Canon FC/PC, Kyocera FS1020 Немагнитный, отрицательно заряжаемый, полиэстровый, механический — Samsung ML1210. Немагнитный, отрицательно заряжаемый, стирен-акриловый, механический — Lexmark Optra T, Sharp AL1000. Немагнитный, отрицательно заряжаемый, полиэстровый, химический — Oki 6W. Немагнитный, положительно заряжаемый, стирен-акриловый, механический — Sharp Z50, Brother HL1240. Цветные тонеры: Немагнитный, отрицательно заряжаемый, стирен-акриловый, химический — HP CLJ3600. Немагнитный, положительно заряжаемый, стирен-акриловый, механический — Kyocera KMC850. Не следует думать, что если два разных тонера относятся к одному и тому же типу, то они являются взаимозаменяемыми. И наоборот, различие типов тонера далеко не всегда однозначно говорит об их несовместимости. Помимо типа тонера, на его работоспособность в конкретных условиях влияет ряд количественных характеристик, присущих конкретному тонеру и машине, в которой он будет использоваться. К этой весьма важной теме мы вернемся в последней части статьи, посвященной часто-задаваемым вопросам.