Введение

Смесь порошка в лазерных принтерах – расходный материал для копирования и печати.

Тонер – это порошковая смесь, используемая в лазерных принтерах и копировальных аппаратах для формирования текста и изображений на бумаге, как правило, через картридж с тонером. В основном состоит из гранулированного пластика; в ранних смесях использовались только углеродный порошок и оксид железа. Современные смеси содержат полипропилен, дымную кремнеземную пыль и различные минералы для трибоэлектрификации. Существует также тонер, использующий пластик растительного происхождения, как альтернатива нефтехимическому пластику. Частицы тонера расплавляются под воздействием тепла в термоузле и таким образом прикрепляются к бумаге. В первых копировальных аппаратах этот недорогой углеродный тонер пользователь засыпал из бутылки в резервуар аппарата. В более поздних копировальных аппаратах и лазерных принтерах, начиная с первого Hewlett Packard LaserJet 1984 года, тонер подается непосредственно из герметичного картриджа. Лазерные картриджи с тонером для цветных копировальных аппаратов и принтеров поставляются в комплекте из цианового, пурпурного, желтого и черного (CMYK) цветов, что позволяет получать широкую цветовую гамму путем смешивания.

Состав, размер и производство

Используемый конкретный полимер варьируется в зависимости от производителя, но может быть сополимером стирола и акрилатов, полиэфирной смолой, сополимером стирола и бутадиена или несколькими другими специальными полимерами. Составы тонеров варьируются от производителя к производителю и даже от модели к модели. Как правило, больше всего различаются состав, размер гранул и температура плавления. Изначально средний размер частиц тонера составлял 14–16 микрометров и более. Теоретически, для идеального воспроизведения точек и деталей изображения при разрешении 600 dpi требуется размер частиц около 5 мкм, а при 1200 dpi – около 3 мкм. Дальнейшее уменьшение размера частиц, приводящее к дальнейшему повышению разрешения, разрабатывается с применением новых технологий, таких как эмульсионная агрегация. Производители тонеров поддерживают стандарты контроля качества распределения частиц по размерам для производства порошка, пригодного для использования в их принтерах. Традиционно тонер изготавливался путем смешивания ингредиентов и формирования пласта, который измельчали или гранулировали, а затем превращали в мелкий порошок с контролируемым диапазоном размеров частиц с помощью воздушной струйной мельницы. Этот процесс приводит к образованию гранул тонера разных размеров и не сферической формы. Для получения более четкой печати некоторые компании используют химический процесс для выращивания частиц тонера из молекулярных реагентов. Это обеспечивает более однородный размер и форму частиц тонера. Меньшие и однородные частицы позволяют более точно воспроизводить цвета и эффективнее использовать тонер.

Уборка

Тонер можно смыть с кожи и одежды холодной водой. Горячая или теплая вода смягчает тонер, заставляя его закрепляться. Тонер, прилипший к коже, со временем стирается или может быть частично удален абразивным средством для рук. Тонер, прилипший к одежде, обычно не поддается удалению. Не закрепившийся тонер легко очищается с большинства тканей, которые можно стирать в воде. Поскольку тонер – это восковый или пластиковый порошок с низкой температурой плавления, его необходимо поддерживать в холодном состоянии во время очистки. Частицы тонера по своей природе обладают электростатическими свойствами и могут накапливать статический электрический заряд при трении о другие частицы, предметы или внутренние поверхности транспортных систем и шлангов пылесосов. Из-за этого и малого размера частиц тонер нельзя пылесосить обычным бытовым пылесосом. Статический разряд от заряженных частиц тонера теоретически может воспламенить пыль в пылесборнике или вызвать небольшой взрыв при достаточно высокой концентрации тонера в воздухе. Частицы тонера настолько мелкие, что они плохо фильтруются стандартными фильтрами бытовых пылесосов и могут проникать через двигатель в помещение. Они также могут вызвать перегрев, забивая фильтр двигателя, и короткое замыкание из-за своей электропроводности (углерод, железо) при плавлении внутри двигателя. Если тонер попал внутрь лазерного принтера или копировального аппарата, для эффективной очистки может потребоваться специальный пылесос с электропроводящим шлангом и высокоэффективным фильтром (HEPA). Такие пылесосы называются пылесосами с защитой от электростатического разряда (ESD safe) или тонерными пылесосами. Аналогичные пылесосы, оснащенные фильтрами HEPA, следует использовать для уборки больших разливов тонера.

Риски для здоровья

Муле и др. (1991) сообщили, что реакции на хронически вдыхаемый копирующий тонер – пластиковую пыль, пигментированную черным углеродом, диоксидом титана и кремнеземом – также были качественно схожи с реакциями на диоксид титана и дизельные выхлопные газы. Черный углерод, один из компонентов тонера, классифицируется Международным агентством по изучению рака (IARC) как "вероятно канцерогенный" (группа 2B). В виде мелкого порошка тонер может некоторое время оставаться во взвешенном состоянии в воздухе и считается, что его воздействие на здоровье сопоставимо с воздействием инертной пыли. Он может вызывать раздражение у людей с респираторными заболеваниями, такими как астма или бронхит. После исследований на бактериях в 1970-х годах, вызвавших опасения по поводу последствий для здоровья, связанных с пирролом – загрязняющим веществом, образующимся при производстве черного углерода, используемого в черном тонере, – производственные процессы были изменены для исключения пиррола из готовой продукции. Исследования, проведенные в Квинслендском технологическом университете, показали, что некоторые лазерные принтеры выделяют субмикромные частицы, которые, согласно другим экологическим исследованиям, связаны с респираторными заболеваниями. Исследование, проведенное в Ростокском университете, показало, что микроскопические частицы в тонере канцерогенны, подобно асбесту. В течение нескольких лет велось наблюдение за несколькими техниками, ежедневно работавшими с принтерами и копировальными аппаратами. У них наблюдались признаки проблем с легкими, что подтверждает предыдущие исследования, опубликованные в 2006 году. Исследования, проведенные в Гарвардском университете, показали, что во время печати из тонерных лазерных принтеров и многофункциональных устройств в воздух выделяются наночастицы оксида металла (определяемые как частицы размером 100 нанометров и менее, то есть 0,1 микрометра и менее). Эти устройства используют частицы тонера со средним общим диаметром 20 микрометров, однако поверхности этих частиц содержат бесчисленное множество крошечных наночастиц оксида металла. Эти ультрамалые наночастицы оксида металла обладают высокой биоактивностью и могут нанести вред легким и другим органам, поскольку частицы размером 0,1 микрометра и менее способны проникать через биологические мембраны (включая альвеолы легких), тем самым попадая во все органы через кровообращение. Эта область остается предметом активных исследований, в которой существует множество нерешенных вопросов.

Переупаковка

Некоторые производители тонера предлагают тонер оптом. Как правило, сыпучий тонер продается в бочках или мешках по 10 кг (22 фунта). Тонер затем используется в различных отраслях промышленности для производства готовых лазерных картриджей для потребителей. Производители оригинального оборудования, такие как HP и Canon, а также производители совместимых картриджей используют тонер в процессе изготовления новых OEM-картриджей. Компании, занимающиеся восстановлением картриджей, используют этот тонер для создания восстановленных картриджей. Другие компании используют тонер для предоставления услуг по заправке картриджей. Большинство картриджей доступны для обычных потребителей через розничные магазины или местные предприятия по восстановлению картриджей. Восстановленные и заправленные картриджи обычно предлагаются по более низкой цене, чем оригинальные, поскольку они либо полностью восстановлены и затем заправлены тонером (более предпочтительный метод), либо просто заправлены тонером (менее предпочтительный метод).

Экологические соображения

Большинство производителей практикуют переработку тонера, образующегося в процессе производства (pre-consumer waste). Классификация тонера по размеру приводит к образованию фракций, не соответствующих заданному распределению, однако они становятся ценным сырьем для смешивания и перерабатываются таким образом. Тонер, образующийся после использования (post-consumer waste), в основном появляется в процессе очистки фотопринтеров. В ранних моделях принтеров до 20-25% загружаемого тонера попадало в отстойник очистителя и утилизировалось как отход. Повышение эффективности принтеров позволило снизить этот поток отходов, хотя в среднем 13% тонера в каждом картридже все еще теряется. Некоторые конструкции принтеров предусматривают возврат этого отработанного тонера обратно в резервуар с первичным тонером для непосредственного повторного использования, однако эти попытки имели переменный успех, поскольку состав тонера изменяется из-за израсхода частиц, обеспечивающих плавление, при сохранении частиц девелопера. Было предпринято немного попыток и проведено некоторое количество исследований по восстановлению отработанного тонера путем его очистки и "ремануфакторинга". Большая часть тонера используется для печати на бумаге, значительная часть которой впоследствии перерабатывается в процессе восстановления и переработки бумаги. Удаление тонера из бумажной массы – непростая задача, и были разработаны составы тонера, облегчающие этот процесс. Сообщалось о существовании гидролизуемых, водорастворимых и щелочестойких тонерных смол, однако они не получили широкого распространения. На большинстве предприятий по переработке бумаги тонер смешивается с другими отходами, такими как краски и смолы, образуя шлам, не имеющий коммерческой ценности.

Асфальтосвязывающее средство с модифицированным тонером

Поскольку тонер состоит из нескольких сополимеров и является углеродсодержащим материалом, его можно использовать в качестве полезного модификатора в асфальтобетонной промышленности. Показано, что включение отработанного тонера, оставшегося после сжигания, значительно улучшает реологические и механические характеристики битумного вяжущего. Такое применение может стать экологически безопасной альтернативой предотвращению загрязнения почвы, вызванного захоронением отходов тонера. Добавление отработанного тонера в битумное вяжущее и асфальтобетонную смесь снижает температуру стеклования вяжущего, одновременно повышая температуру кристаллизации.