Внутри тонера лазерного принтера: воск, статическое электричество, много пластика
Нам стало интересно, что находится в картридже с тонером, и мы вскрыли его. Плохая идея! Но теперь мы все почистили и вернулись к ответам.
ТОНЕР - один из тех повседневных продуктов, которые мы все воспринимаем как должное. Когда в принтере заканчивается краска, вы вставляете новый картридж - и не замечаете, и не думаете. Нам стало интересно, что же на самом деле находится в этом картридже... и мы вскрыли один из них. Плохая идея! (Подробнее об этом позже.) Но теперь мы все вымыли и вернулись к ответам.
Оказывается, тонер - это в основном порошкообразный пластик, и это ключ ко всей технологии. У пластика есть два удобных свойства: Вы можете перемещать его как по волшебству с помощью статического электричества, а затем расплавить его на бумаге для получения четких, устойчивых к размазыванию изображений. Эта техника печати порошком вместо чернил называется ксерографией (xeros по-гречески означает "сухой"), и она работает одинаково, независимо от того, печатаете вы или копируете. На самом деле, Гэри Старквезер изобрел лазерный принтер в компании Xerox в 1969 году, в знаменитой части нелегальной инженерии, модифицировав один из офисных копировальных аппаратов компании. (Ему пришлось работать втайне после того, как его начальник приказал ему отказаться от этой идеи).
В ксероксе есть вращающийся барабан, покрытый полупроводником, например селеном; это покрытие преобразует свет в электричество, как в солнечных батареях. Яркий свет, отражаясь от твердой копии (... или отдельных частей вашей анатомии) и попадая на барабан, создает призрачное отражение оригинала в статических зарядах, к которым прилипает тонер. Старквезер понял, что можно использовать ту же установку для печати цифровых файлов, сканируя лазером прямо на барабан. Разница лишь в том, как создается электростатическое изображение.
Помимо пластика, тонеры первых принтеров 1970-х годов содержали лишь сажу и ржавчину. Последняя - оксид железа - делала его магнитным, что позволяло лучше контролировать процесс формирования изображения. Это не подходило для цветной печати, которая появилась в 1994 году; темный оксид превратил бы цвета в коричневые. Но производители придумали другие добавки и усовершенствования для повышения скорости и качества изображения. Фактические составы разрабатываются на заказ для конкретных машин, поэтому списки ингредиентов могут отличаться. Но вот основной рецепт для большинства новых принтеров.
Полиэстер
Цветные тонеры на 85-95% состоят из пластика, измельченного в сверхтонкий порошок; чем мельче зерна, тем лучше разрешение изображения. Поскольку пластик не проводит электричество, его частицы могут иметь статический заряд - как носки в сушилке, они цепляются ко всему, что имеет противоположный заряд. Лазерные принтеры используют это прилипание, чтобы тонер попал на барабан, а оттуда на лист бумаги. Затем лист проходит через горячие валики фьюзера, которые расплавляют пластик и впечатывают его в волокна бумаги. Могут использоваться различные полимеры, но полиэстер, из которого делают костюмы для дискотек и бутылки из-под газировки, в настоящее время является основным выбором. Он дороже, чем старый добрый вариант - стирол-акрилат, но зато он дает яркие цвета, пахнет менее токсично и имеет более низкую температуру плавления, что экономит энергию и позволяет машине работать быстрее. Только обращайтесь с этими картриджами осторожно: Разлитый тонер - это неприятность, а вдыхание крошечных частиц в воздухе может нанести вред вашим легким. И не стирайте брюки в горячей воде: низкая температура плавления превратит ваши хлопковые Dockers в смесь полиэстера.
Полипропиленовый воск
Первые ксерографические копиры в начале 60-х годов использовали лучистое тепло, как печи для тостеров, чтобы расплавить тонер на странице; к сожалению, записки босса иногда загорались. (Флагманская модель Xerox поставлялась с маленьким огнетушителем). Валики фьюзера устранили эту проблему, но вызвали новую: Тонер прилипал к роликам и размазывался по следующей странице. Решение? Добавить полипропиленовый воск для смазки. Это полимер, похожий на полиэстер, но его длинные углеродные нити имеют меньше химических соединений, поэтому молекулы легко проскальзывают и скользят друг по другу.
Углерод черный
Полиэстер прозрачен. Чтобы придать ему черный цвет, производители добавляют в него этот грязный материал - по сути, высокочистую сажу. Получаемая при сжигании смолы или креозота, сажа в основном используется для придания жесткости резиновым изделиям; именно поэтому шины имеют черный цвет. Это также канцероген II класса, но когда расплавленный пластик застывает на ваших экземплярах, он надежно запечатан. Химически это беспорядочное скопление атомов углерода, над которыми плавают облака общих электронов. Поскольку у этих электронов много места для движения, они могут поглощать световую энергию на всех видимых длинах волн. Результат: свет не отражается обратно на сетчатку глаза, и мозг называет это отсутствие "черным". (Если задуматься, вы на самом деле не видите эти слова. Вы угадываете их форму по белому пространству вокруг них).
Пигмент желтый 180
Наряду с черным, цветные принтеры имеют отдельные картриджи для желтого, пурпурного и голубого тонеров, и эти четыре тонера можно накладывать друг на друга, чтобы получить любой другой оттенок. Желтый цвет получается из этого соединения бензимидазолона. Как и все органические пигменты, он имеет чередующиеся одинарные и двойные связи, которые снова оставляют электроны свободными для поглощения света - но не всего. В данном случае фиолетовый свет с короткой длиной волны задерживается, а желтый с большей длиной волны проходит сквозь него, отражаясь от страницы и попадая в глаза.
Пигмент красный 122
Соединения хинакридона дают целый ряд интенсивных красноватых оттенков, в зависимости от их точного состава и расположения. Они очень стойкие, поэтому их предпочитают использовать в наружных красках - вспомните вишнево-красные спортивные автомобили. В красном 122 (2,9-диметил-хинакридон) плоские молекулы уложены, как столовые тарелки, в аккуратную кристаллическую структуру; это смещает отраженный цвет к синей части спектра, что дает пурпурный цвет.
Пигмент синий 15:3
Фталоцианин меди дает голубой цвет - довольно тревожный оттенок, средний между зеленым и синим. Хирургические халаты изготавливаются в этом цвете, поскольку он дополняет малиновый (брызги крови на циане выглядят черными). Этот распространенный пигмент также используется в качестве тонкопленочного полупроводника в солнечных батареях. Когда-нибудь он даже сможет питать квантовые компьютеры, поскольку его электроны могут долгое время находиться в состоянии суперпозиции.
Окуренный кремнезем
Микроскопические стеклянные шарики (SiO2) на поверхности частиц тонера обеспечивают шелковистый, почти жидкий поток. Это необходимо для распределения тонера по странице с маниакальной скоростью современных офисных принтеров. Это особенно необходимо для полиэфирных тонеров, которые более склонны к налипанию. Забавный проект: Сделайте свой собственный фумированный диоксид кремния, испаряя пляжный песок в электрической дуге при температуре 3 000 градусов по Цельсию.
Агенты контроля заряда
Когда тонер выходит из картриджа, он соприкасается с дозирующим лезвием, что придает ему статический заряд. Ученые называют это трибоэлектризацией, и именно она заставляет носки цепляться за сушилку или воздушный шарик прилипать к стене после того, как вы натерли им свитер. Вы буквально соскабливаете электроны с одного материала на другой (трибо- означает "тереть", тот же корень, что и в слове "диатриба"). В данном случае отрицательное смещение тонера заставляет его прилипать к барабану, а добавленные кусочки железа, хрома или цинка помогают усилить и удержать заряд. Совет: если вы когда-нибудь прольете тонер, не пытайтесь собрать его пылесосом. Без специального оборудования все это перемешивание может привести к бурному, хотя и красочному, взрыву пыли.