Внутренний тонер лазерного принтера: воск, статика, много пластика

Ли Симмонс

Тонер — один из тех повседневных продуктов, которые мы все воспринимаем как должное. Когда в принтере заканчивается остаток, вы вставляете новый картридж — с глаз долой, из памяти. Что ж, нам стало интересно, что на самом деле находится в этом картридже… поэтому мы вскрыли один. Плохая идея! (Подробнее об этом позже.) Но мы все время от времени подчищаем ответы.

Оказывается, тонер в основном состоит из пластикового порошка — и это ключ ко всей технологии. У пластика есть два полезных свойства: вы можете перемещать его как по волшебству с помощью статического электричества, а затем расплавлять его на бумаге для получения четких, несмазывающихся изображений. Этот метод печати порошком вместо чернил называется ксерографией (xeros по-гречески означает «сухой»), и он работает одинаково, независимо от того, печатаете ли вы или копируете. Фактически, Гэри Старквезер изобрел лазерный принтер в компании Xerox в 1969 году, совершив знаменитое инженерное мошенничество, модифицировав один из офисных копировальных аппаратов компании. (Ему пришлось работать тайно после того, как начальник приказал ему отказаться от этой идеи.)

Видите ли, у фотокопировального аппарата вращающийся барабан покрыт полупроводником, например селеном; это покрытие преобразует свет в электричество, как в солнечном элементе. Отражая яркий свет от печатной копии (... или отдельных частей вашей анатомии) на барабан, он создает призрачное отражение оригинала в статических зарядах, к которым прилипает тонер. Старквезер понял, что то же самое оборудование можно использовать для печати цифровых файлов, сканируя лазером прямо на барабане. Единственная разница заключается в том, как генерируется электростатическое изображение.

Помимо пластика, первые тонеры для принтеров 1970-х годов содержали лишь сажу и ржавчину. Последний — оксид железа — сделал его магнитным для лучшего контроля над процессом визуализации. Это не сработало бы для цветной печати, которая появилась в 1994 году; темный оксид сделал бы цвета коричневыми. Но производители придумали и другие добавки и доработки для повышения скорости и качества изображения. Фактические рецептуры разрабатываются индивидуально для конкретных машин, поэтому списки ингредиентов могут различаться. Но вот основной рецепт для большинства новых принтеров.

Цветные тонеры на 85–95 процентов состоят из пластика, измельченного в сверхтонкий порошок; чем меньше зерна, тем лучше разрешение изображения. Поскольку пластик не проводит электричество, частицы могут удерживать статический заряд — и, как носки в сушилке, они будут цепляться за все, что имеет противоположный заряд. Лазерные принтеры используют эту липкость, чтобы нанести тонер на барабан переноса изображений, а оттуда на лист бумаги. Затем страница проходит через термофиксирующие валики, которые расплавляют пластик и прижимают его к волокнам бумаги. Можно использовать самые разные полимеры, но полиэстер, из которого делают костюмы для дискотек и бутылки с газировкой, в настоящее время является лучшим выбором. Он дороже, чем старый резервный стирол-акрилат, но он обеспечивает яркие цвета, менее токсичен для запаха и имеет более низкую температуру плавления, что экономит энергию и позволяет машине работать быстрее. Просто обращайтесь с этими картриджами осторожно: пролитый тонер — это неприятная ситуация, а вдыхание мельчайших частиц в воздухе может нанести вред вашим легким. Да, и не стирайте штаны в горячей воде; эта низкая температура плавления превратит ваши хлопковые Dockers в смесь полиэстера.

Первые ксерографические копировальные аппараты в начале 60-х годов использовали лучистое тепло, как тостеры, для расплавления тонера на странице; к сожалению, записки шефа иногда загорались. (Флагманская модель Xerox поставлялась с небольшим огнетушителем.) Валики термофиксатора решили эту проблему, но вызвали новую: тонер прилипал к валикам и размазывал следующую страницу. Решение? Добавьте полипропиленовый воск для смазки. Это полимер, похожий на полиэстер, но на его длинных углеродных нитях свисает меньше химических безделушек, поэтому молекулы могут легко скользить мимо друг друга.

Полиэстер прозрачный. Чтобы он выглядел черным, производители добавляют в него эту грязную штуку — по сути, сажу высокой чистоты. Технический углерод, получаемый путем сжигания смолы или креозота, в основном используется для придания жесткости резиновым изделиям; вот почему шины черные. Это также канцероген второго класса, но как только расплавленный пластик на ваших копиях затвердеет, он надежно запечатается на месте. С химической точки зрения это смесь атомов углерода, над которыми плавают облака общих электронов. Поскольку у этих электронов много места для движения, они могут поглощать энергию света на всех видимых длинах волн. Результат: свет не отражается обратно на сетчатку, и это отсутствие ваш мозг называет «черным». (Если задуматься, вы на самом деле не сможете увидеть эти слова. Вы определяете их форму по пустому пространству вокруг них.)