ВЫГОДНАЯ ИНВЕСТИЦИЯ В ЭКОЛОГИЮ ЗАВТРАШНЕГО ДНЯ!

(0562) 375-76-80
+38 (067) 7766860

  • Продажа гранулы
  • Закупка сырья
  • Переработка сырья
Главная Статьи Тонер для лазерных принтеров

Тонер для лазерных принтеров

Пожалуй, трудно назвать такие материалы как пластмассы, которые были бы столь разнообразны по своим свойствам и применимы практически во всех сферах жизнедеятельности человека. Все, кто сталкивается с переработкой пластмасс, удивляются насколько широки могут быть области их применения. Именно по этому занимаясь полимерами трудно от них устать, практически невозможно, чтобы это занятие наскучило. Мы не будем описывать все возможности применения пластмасс, это было бы долго, утомительно и неполно, так как пластмассы постоянно находят все новые применения в совершенно неожиданных местах. В данной статье остановимся на применении полимеров в полиграфии, в частности как расходного материала при печатных процессах. В каждом офисе есть множительная техника, это как минимум принтер. Сейчас в основном используют лазерные принтеры, так как они качественно, быстро и много печатают. Печать на лазерном принтере можно отнести к полиграфическим процессам, так как это относится к воспроизведению и размножению текстово-изобразительной продукции. Расходным материалом лазерного принтера является тонер, заправленный в специальный печатающий картридж.

Мало кто знает, что тонер – это полимерный композиционный материал.

Прежде чем рассказать о тонере кратко опишем принцип работы лазерного принтера. Итак, что же происходит, после того как пользователь посылает документ на печать? Данные в цифровом виде поступают в растровый процессор, которые преобразует их в графические образы печатаемых страниц. После того как данные обработаны, включается собственно печатающий механизм. О нем мы расскажем поподробнее. Основным элементом лазерного принтера является фотобарабан или фотопроводящий цилиндр (Organic Photo Conductor). Фотобарабан представляет собой металлический цилиндр, покрытый тонкой пленкой фоточувствительного полупроводника. Его поверхность имеет определенный заряд. Заряд наносится на всю площадь барабана при помощи специального вала. При включении печатного механизма фотобарабан заряжается, затем в работу вступает, так называемый, блок развертки. Блок развертки представляет собой систему линз и зеркал, направляющую лазерный луч на нужные участки фотобарабана. При попадении луча на фотобарабан он меняет полярность на противоположную. Таким образом, за счет экспонирования на поверхности барабана получается скрытое изображение, состоящее из положительно и отрицательно зараженных участков. После этого на фотобарабан наносится тонер. Тонер либо изначально имеет определенный заряд, либо заряжается перед подачей на барабан, за счет этого тонер покрывает не всю поверхность фотобарабана, а только ту часть, которая имеет по отношению к нему противоположную полярность. На фотобарабане образуется видимое изображение, которое переносится на бумагу. Перенос осуществляется опять таки за счет электромагнетизма. После этого происходит закрепление изображения на бумаги. Бумага с тонером пропускается между двумя валами, на нее воздействует температурное поле, за счет этого тонер плавится и закрепляется на листе.

Первый лазерный принтер появился в 1977 году, выпустила его фирма XEROX. После этого он начал завоевывать рынок и теперь уже практически ни один офис не обходится без этого устройства.

Теперь поговорим о тонере. Не знаю насколько это корректно, но я бы сравнил его с порошковой краской. Они имеют определенную схожесть, это малый размер частиц и принцип закрепления на поверхности за счет плавления. Как уже было сказано, тонер композиционный материал, это логично, так как простейшая рецептура предполагает как минимум два компонента: пигмент и полимерную матрицу.

Рынки потребления тонера огромны, даже не вдаваясь в маркетинговые исследования можно представить себе их объемы, если исходить из простых утверждений. В каждом офисе мира находится как минимум один лазерный принтер, обычно принтер находится в каждом кабинете офиса. Объемы печати в офисах могут быть от нескольких десятков листов в день до сотен и тысяч. Теперь остается представить, сколько офисов, контор, учреждений может находиться в вашем городе и картина рынка примерно сформируется. Тонер – это не простой по технологии производства продукт, для его изготовления требуется современное дорогостоящее высокотехнологичное оборудование, необходимы сложные рецептуры. Все этот необходимо для получения качественного продукта, соответствующего постоянно растущим запросам потребителей, а также производителей принтеров. Сам принтер, судя по описанию его работы, устройство достаточно сложное и применение низкокачественных расходных может вывести его из строя.

Среди крупных производителей тонеров можно назвать следующих: Canon, Fuji, Xerox, Konica, Minolta, Kyocera, Sharp, Toshiba TEC, Matsushita System, Tomoegawa, Mitsubishi Chemical, Kao, Toyo Ink, Tokyo Printing Ink, TDK, Hitachi Chemical, Sakata Inks, Imex, Nippon Shokubai, Toshiba Chemical. Подавляющее большинство этих компаний - японские. Каждая имеет свою технологию, рецептуру, свои патенты в этой области. Появление конкурентов в таких производствах маловероятно, так как требуются большие инвестиции, знания и опыт, также конкуренция продуктов производства весьма высока. Многие производители делают тонер для себя, то есть для собственных принтеров. Практически все производители заявляют о том, что качественная работа множительной техники возможна только при использовании оригинальных расходных материалов.

И все же оставим в покое производителей и вернемся непосредственно к тонеру. Средний размер частицы тонера составляет порядка 5-10 микрон. В патентах мне доводилось видеть рецептуры тонеров, включающие около десятка компонентов. Трудно представить себе как в таком маленьком объеме удается совместить все компоненты композиционной смеси. Условно говоря, существует два типа тонера: диэлектрический магнитный и диэлектрический немагнитный тонеры. Основными компонентами диэлектрического магнитного тонера являются полимерная матрица и пигмент.
В качестве пигмента используют порошки окиси железа. Что касается компонентов немагнитного тонера, там, в качестве пигмента используют сажу. На данный момент существует две технологии производстве тонера, назовем их сухой и мокрой.

Самая старая это сухая технология производства. Все компоненты смеси перемешиваются и совмещаются в экструдерах или смесителях. При этом происходит плавление полимерной матрицы, распределение и гомогенизация в ее объеме всех компонентов. Говоря о рецептурах, следует отметить, что в данном случае для достижения определенных эффектов смешения, а также для получения качественного изображения наряду с пигментом в матрицу вводятся дополнительные компоненты. Это могут быть добавки, повышающие эффективность смешения. Дело в том, что введение в композицию пигмента может существенно снизить текучесть и затруднить возможность гомогенизации полимерной композиции. Применение внутренних смазок повышают эффективность смешения, облегчают переработку, также повышают производительность оборудования. Другие добавки могут проявлять себя как модификаторы определенных оптических характеристик тонера. Они повышают яркость, блеск, контрастность отпечатков. Важно, также придать тонеру определенную механическую прочность, гарантирующую сохранение целостности его частиц. Для этого также могут вводиться определенные компоненты. Иногда применение только одной добавки не дает эффекта, для этого используют комплекс компонентов. Таким образом, вполне логично, что рецептура качественного тонера содержит до десяти компонентов. Для обеспечения качественного смешения требуется специальное экструзионное оборудование. Известно, что для получения полимерных смесей обычные экструдеры не годятся. Для этого применяют, как правило, двухчервячные специально сконструированные экструдеры с определенной геометрией шнеков. Цена их в сравнении с обычными экструдерами может быть выше на порядок, а то и больше. После смешения композиции в экструдере, получают слитки в виде листов, прутков или кусков. Следующим этапом производства является дробление. Для этого могут применяться специальные струйные мельницы высокого давления. Процесс дробления является весьма ответственным этапом производства, от него зависит качество продукта и его процентный выход. При этом жестко контролируется время помола, температура и прочие технологические параметры. Дробление может быть непрерывным процессом. При этом из объема измельчаемого материала постоянно отбирается определенная фракция. Делается это различными способами. Можно отбирать равные объемы продукта, просеивать и крупную фракцию возвращать обратно на дробление, можно настроив давление воздуха и скорость вращения ротора извлекать из общего потока мелкую фракцию, можно применять мельницы с псевдоожиженным слоем, что позволит удалять из зоны помола мелкую фракцию. Все зависит от конструкции измельчительного оборудования и особенностей его работы. После помола тонер окончательно классифицируют, удаляя из его объема как крупные, так и мелкие включения. Средний размер частиц тонера полученного сухим способом 10 микрон. Дело в том, что наличие мелких включений (по сравнению с нормой) приводит к ухудшению печати, как правило, мелкие включения это либо кусочки матрицы, либо частицы пигмента. Наличие «мелочи» приводит к возникновению фона при печати, размытию контуров отпечатков и т.д., также мелкая фракция может ухудшить сыпучесть порошка, что тоже в конечном итоге приведет к браку при печати. В конечном итоге следует сказать о матрице, ведь до сих пор мы не указали, какие полимеры используют при производстве тонеров.

В данном случае наиболее распространены полистирольные смолы, в сухом методе производства могут применять также и полиэфирные смолы. Мы не зря сейчас упомянули о матрицах, так как далее речь пойдет о более новом и прогрессивном способе производства тонера, который мы условно назвали мокрым.

В мокром способе матрицей выступает только один полимер – это полистирол. Такой способ производства тонера весьма логичен, если принять во внимание особенности синтеза полистирольных пластиков. В данном случае производство тонера совмещено с синтезом полимера. Фирмы, которые используют этот способ производства, держат технологию в секрете, известно, что каждый производитель разработал собственную технологию производства со своими особенностями и ноу-хау. Таким образом описать такой способ производства можно лишь в общих чертах. В данном случае при разработке технологии за основу берется синтез полимерной матрицы, дальше решается ряд задач, направленных на то, чтобы в процессе синтеза получить не просто гомогенные частицы полимера, а гетерогенные частицы, покрытые слоем полимера. Одна из фирм-производителей тонера запатентовала технологию, согласно которой процесс полимеризации стирола проходил в растворе, содержащем частицы пигмента, которые являлись центрами полимеризации. Таким образом, возможно получать частицы тонера, по качеству превосходящие тонер произведенный сухим способом. Мокрый способ обладает рядом преимуществ. Полученные частицы имеют правильную сферическую форму, они однородны. Средний размер частиц тонера, полученного мокрым способом, составляет 5 микрон, в два раза меньше чем при сухом способе производства. Качество и скорость печати при использовании такого тонера возрастают на порядок. Применяя мокрый способ можно создавать более простые композиции и при этом достигать высокого качества. Процент отходов при этом гораздо ниже чем, в сухом способе. В данном случае решается ряд вопросов. По сути, производство тонера это создание материала, у которого частицы пигмента совмещены с полимерной матрицей, мокрый способ позволяет получить материал, у которого каждая частица пигмента покрыта оболочкой полимерной матрицы. В сухом способе при производстве тонера могут попадаться отдельно частицы матрицы или частицы пигмента (какой-то процент таких частиц в общем объеме присутствует).

Прогнозируя совершенствование технологий производства тонера можно выделить как перспективные технологии, которые при получении полимерной композиции используют наноматериалы. В данном случае, использование так- называемых нанотехнологий – один из путей развития такого производства и повышения качества лазерной печати. В журналах и патентах в последнее время встречаются упоминания о применении японскими производителями таких технологий при производстве тонеров и чернил для принтеров.