Что такое тонер или какое определение можно дать тонеру

ЗАДАЮЩИЕ ТОН
Сегодня мы начинаем серию публикаций, в которых хотели бы более
подробно поделиться с читателями нашими представлениями о проблемах
разработки, внедрения в производство, проверки физико-механических,
диэлектрических и потребительских (эксплуатационных) свойств тонеров.
Открывает этот цикл статья, дающая самое общее представление о
тонерах, и об их роли в электрографии.
Так что такое тонер? Какое определение можно ему дать? С одной
стороны
тонер,
или
электрографический
порошок,
необходимо
рассматривать как расходный материал в процессе электрографии. С другой
– это композиционный материал на основе полимеров и целого ряда
специальных добавок, имеющий строго определенный гранулометрический
состав, цвет, диэлектрические и теплофизические свойства.
Первое упоминание о процессе записи информации при помощи
электричества и порошка было сделано в конце ХУIII столетия, и связано оно
с именем немецкого ученого Г.Х.Лихтенберга. В 1778 году на заседании
Королевского научного общества в Геттингене Лихтенберг сделал
сообщение: «О новом методе исследования природы и движения
электрической материи». Он сообщил о методе получения положительных и
отрицательных зарядов на поверхности диэлектрических смол.
Используя порошки противоположного заряда, ученый наносил их на
скрытое изображение на поверхности смолы и получал проявленную
информацию. Тем самым это изобретение предполагалось применить в
стенографии. Позже стали появляться изобретения, содержащие элементы
электростатографии и электрофотографии. Все эти методы можно
объединить в понятие электрография.
Электрография - это метод получения изображения, основанный на
физических явлениях взаимодействия электростатических зарядов в
фотополупроводниковых и диэлектрических материалах и средах.
Интенсивное развитие электрографии началось с того момента, когда
ряд коммерческих фирм, особенно американских, осознали возможность ее
практического применения в процессе создании аппаратов для копирования
графической и текстовой информации.
Наиболее интенсивные экспериментальные работы проводились с чернобелыми копировальными аппаратами и расходными материалами к ним, а
также с фоторецепторами многократного применения и магнитными
проявителями (носители и тонеры).
Но в
данной статье мы не ставим цель подробно рассмотреть
электрографический процесс. Остановимся на тонерах.
Электрографические тонеры могут быть классифицированы:
по способу получения тонера:
тонер, полученный при помощи микро-суспензионной полимеризации
(MSP), так называемый «химический» тонер;
тонер, полученный механическим измельчением и классификацией;
по методам проявки:
тонеры для двухкомпонентной проявки;
тонеры для однокомпонентной проявки;
по полярности:
положительные;
отрицательные;
по магнитным свойствам тонеры для однокомпонентной проявки:
магнитные тонеры;
немагнитные тонеры.
В зависимости от того, заряжен ли тонер до того, как он попал в зону
проявки или он приобретает заряд под воздействием электрического поля
скрытого изображения:
металлосодержащие тонеры;
индуктивные;
в зависимости от цвета:
цветные тонеры;
-черные.
Тонеры для электрографических копировальных машин и принтеров –
это цветные полимерные частицы размером от 5 до 20 микрон,
производимые из смол с определенными температурными характеристиками,
вязкостью, связующими качествами и содержащие добавки, определяющие
цвет, магнитные свойства, заряд. Поверхность частичек тонера покрыта
добавками, которые придают им поверхностный трибоэлектрический заряд,
сыпучесть.
Ниже приведены схемы частичек тонера в зависимости от типа и
таблицы, содержащие информацию о составе тонера и назначении
компонентов входящих в его состав.
Композиция.
тонера
Немагнитный
тонер
Тип
Элемент
композиции
1.
смола
Связующая
Функция
элементов композиции
Термические
Электрические
Динамические
2.
Красящее
Способность
вещество
окрашивать
Электрические
характеристики
3.
Компонент,
Электрические
определяющий
характеристики
полярность тонера
4.
добавки
Магнитный тонер
Внешние
Трибоэлектрическ
ие характеристики
Текучесть
1.
Связующая
Термические
смола
Электрические
Динамические
2.
Магнитный
Магнитные
материал
характеристики
3.
Компонент,
Электрические
определяющий
характеристики
полярность тонера
4.
Красящее
Способность
вещество
окрашивать
Электрические
характеристики
5.
Внешние
Трибоэлектрическ
добавки
ие характеристики
Текучесть
Для немагнитных тонеров полимерные материалы (смолы) являются
главными компонентами и составляют 80-90%% от массы тонера. Для
магнитной проявки в композициях тонеров смолы и магнитные материалы
используются примерно в одинаковых долях – 40-50 мас.%.
Цветные добавки составляют примерно 5-15 мас.%, и очень маленькое
количество (менее 5 мас.%) составляют все остальные добавки. Однако
именно эти добавки и отвечают за высокое качество копирования и печати.
В области электрографии необходимо отметить следующие тенденции
развития производства тонеров:
увеличение скорости печати приводит к созданию тонеров, способных
плавиться при более низких температурах и одновременно быстро остывать и
закрепляться на бумаге, не создавая проявлений офсета;
создание тонеров со стабильными электрическими свойствами;
создание тонерных композиций с использованием экологически
безопасных компонентов;
создание принтеров и цветных копировальных аппаратов с более
высоким разрешением;
повсеместный рост цен на сырье, в связи с ростом мировых цен на
нефть и другие энергоносители, и в связи с этим увеличение эффективности производства и снижение энергетических
затрат;
Более 90% всех сухих тонеров, выпускаемых в наше время,
производятся обычными, так называемыми методами плавления и
механическими способами измельчения и классификации.
Технологический процесс получения тонера таким способам очень
похож на переработку пластмасс или других композиционных материалов и
включает в себя следующие операции:
смешивание компонентов;
получение расплава (экструзия);
охлаждение полученной массы;
предварительное измельчение;
тонкий помол и классификация;
введение внешних добавок;
тестирование тонера и упаковка.
Остановимся подробнее на каждом из этих этапов.
Процесс смешивания и экструзии являются наиболее важными для
достижения высокого качества будущего тонера, так как на этой стадии
закладывается однородность материала. Важна и однородность
распределения в массе смолы добавок, определяющих физико-механические
и электрические параметры тонера. Во время экструзии материал
расплавляется и под воздействием деформации, давления равномерно
перемешивается. На всех стадиях получения тонера механическим способом
необходимо исключить попадание влаги в композицию, т.к. это приведет к
изменению магнитных и электрических свойств продукта. Что в свою
очередь, существенно скажется на качестве изображения, сыпучести тонера и
стабильности его свойств в процессе хранения.
Расплавленный
и охлажденный полупродукт предварительно
измельчают в механических дробилках до размера гранул 5-6 мм.
Полученные
гранулы
подвергаются
измельчению
на
струйных
измельчителях, а затем классифицируются. При этом метод измельчения
исключает попадание механических примесей, характерных для других
типов оборудования, так как измельчение осуществляется за счет струи
сжатого воздуха, не содержащей влаги, масла и других примесей. На этом
этапе получают продукт с однородным распределением частиц от 5 до 20
микрон.
Необходимо обратить внимание на то, что у разных производителей
размер частиц может быть различный. Это зависит от используемого
оборудования при переработке, от качества сырья, а иногда и экономической
целесообразности выпуска тонера. Процесс производства тонеров является
энергоемким, и его себестоимость высока. Поэтому иногда в ущерб качества
продукта производитель позволяет себе уменьшить количество удаляемой
мелкой фракции из готового тонера тем самым, увеличивая объемы выпуска.
Процесс тонкого измельчения и классификации очень важен. На данном
этапе закладывается однородность продукта по размерам частиц. Частицы
правильной формы (сферические), одинаковые по размеру одинаково
намагничиваются, электризуются, переносятся на бумагу в процессе проявки.
Крупные частицы могут привести к преждевременному износу
фоторецептора, ракеля т.к. они представляют собой абразив. Эти же частицы
могут привести к образованию фона при печати. Повышенное содержание
мелкой фракции способна повлечь за собой снижение оптической плотности
изображения, образования фона.
Для
каждого вида тонера существуют спецификации с его
гранулометрическими параметрами. С учетом этих данных осуществляется
жесткий инструментальный контроль показателей распределения частиц.
Следующим этапом, определяющим качество тонера, является операция
введения внешних добавок. Правильный подбор и введение добавок так же
немаловажный фактор. Этим определяется «жизнеспособность» тонера: его
трибоэлектрические свойства, сыпучесть, стабильность при длительном
хранении.
Заключительным этапом является тестирование произведенного
порошка в реальном аппарате по существующей стандартной методике.
После чего тонер расфасовывается, упаковывается и отправляется
потребителю.