Idea urządzenia wykorzystującego do druku zjawisko elektrostatycznego przyciągania cząstek barwnika, nazwanego później tonerem, do naświetlonej selenowej płyty zrodziła się w głowie amerykańskiego studenta prawa i fizyki Chestera Carlsona ponad 70 lat temu, w 1938 r. Wykonał on pierwszą fotokopię dokumentu na opracowanym przez siebie powielaczu elektrofotograficznym.
Pierwszym tonerem zastosowanym przez Chestera Carlsona były sproszkowane skrzydełka ciem. Pyłek znajdujący się na nich nadawał przenoszonemu na papier wydrukowi kolor i odpowiednie w barwach szarości odcienie. Reszta materiału ze skrzydełek po podgrzaniu i "zaprasowaniu" zabezpieczała uzyskany rysunek na kartce przed roztarciem i rozsypaniem, tworząc powłokę ochronną. Tak narodziła się metoda tzw. suchego druku, leżąca u podstaw dzisiejszej kserografii i druku laserowego.
Chester Carlson przez kilka lat bezskutecznie usiłował sprzedać swój wynalazek m.in. takim przedsiębiorstwom, jak RCA, General Electric, Eastman Kodak czy IBM. W 1946 roku wynalazkiem Carlsona zainteresowała się jednak firma Haloid Company (obecnie znana pod nazwą Xerox), która zajmowała się wówczas produkcją papieru fotograficznego. Haloid Company w 1949 roku rozpoczęła produkcję pierwszej na świecie kserokopiarki - Xerox Model A. Urządzenie to wymagało wykonania kilkunastu czynności, aby otrzymać jedną odbitkę, m.in. samodzielnego naświetlenia płyty, posypania jej tonerem, ułożenia papieru i utrwalenia wydruku.
Używanie jako tonera sproszkowanych skrzydełek ciem było oczywiście niepraktyczne przy wydrukach wielostronicowych. Dlatego należało opracować inną metodę otrzymywania tonera. Na początku używano mieszaniny sproszkowanego grafitu lub roztartej sadzy, opiłków metalu (tzw. wywoływacza mającego na celu równomierne rozprowadzenie oraz utrzymanie drobin węgla w tonerze, a przede wszystkim poprawę jego właściwości elektrostatycznych) i sproszkowanej żywicy sosnowej. Ta ostatnia służyła zaś do przylepienia tonera na stałe do papieru oraz jego utrwalenia po podgrzaniu kartki.
Opisany powyżej klasyczny skład
tonera do drukarki przetrwał do początku lat siedemdziesiątych. Później wraz z rozwojem kserografii, a następnie również drukarek laserowych sukcesywnie zmieniał się także skład produkowanych tonerów. Przede wszystkim konstruktorzy zastąpili naturalne żywice bądź to zmielonym polimerem, bądź też syntetyczną żywicą akrylową wymieszaną ze styrenowym wypełniaczem. Sproszkowany grafit, sadza oraz opiłki metalu są z powodzeniem do dziś stosowane w najbardziej popularnych czarnych tonerach. Dzieje się tak głównie ze względu na ich dużą trwałość, bardzo dobre krycie (dotyczy to zwłaszcza sadzy) oraz doskonałe właściwości elektrostatyczne, umożliwiające bezproblemowe przenoszenie na papier w przyzwoitej rozdzielczości nawet najbardziej skomplikowanych rysunków.
Najważniejszym problemem, z którym trzeba się było uporać, okazała się coraz większa rozdzielczość pracy drukarek laserowych i kserokopiarek. Jak wiadomo, dokładność odwzorowania dowolnej cienkiej linii zależy nie tylko od możliwości samej drukarki, ale też przede wszystkim od jakości wykorzystywanego tonera. Nie może się on rozsypywać poza wyznaczony obszar i nie powinien tworzyć poszarpanych krawędzi oraz białych, niewypełnionych obszarów na drukowanym wzorze. Warunek ten będzie spełniony, jeśli drobiny wchodzące w skład tonera są wystarczająco małe i gładkie. Im mniejszą zatem średnicę będą miały składniki, z których zrobiony jest toner, i im ich powierzchnia będzie gładsza, tym lepiej. Dlatego przy udoskonalaniu tonerów inżynierowie i chemicy wzięli na pierwszy ogień właśnie kształt oraz wielkość sproszkowanych składników tonera.
Najłatwiej było wygładzić i zmniejszyć drobiny polimerowego wypełniacza. Mechaniczne rozdrabnianie plastiku bądź żywicy akrylowej bardzo szybko zastąpiono co prawda bardziej skomplikowaną, ale dającą znacznie lepsze rezultaty termiczną metodą rozdrabniania. W sposobie tym rozgrzany, płynny plastik wydmuchiwany jest pod wysokim ciśnieniem do komory, w której panuje niska temperatura, przez dysze o niewielkiej, mikronowej średnicy. W ten sposób żywica, gwałtownie stygnąc, tworzy w miarę równe, mikroskopijne, gładkie kuleczki.
To jednak był dopiero początek zmniejszania rozmiaru drobin i ulepszania kształtu cząsteczek wchodzących w skład tonera. Na przełomie lat osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku usprawniono metodę produkcji równych drobin metalu używanego do produkcji tonera. Większość firm wytwarzających komponenty do tonerów zrezygnowała ze stosowania żelaznych bądź aluminiowych opiłków na rzecz miedzi.
Do produkcji w miarę gładkich, o równej wielkości drobin metalu i grafitu zaczęto też coraz częściej stosować nie mechaniczne rozdrabnianie, ale metody fizykochemiczne. W technologii tej bardzo drobno zmielony metal, sadza czy też rozpuszczone barwniki do kolorowych tonerów CMY w odpowiednich warunkach same równomiernie "rosną", tworząc agregaty cząsteczek. Dzięki temu udało się zmniejszyć wielkość ziaren do średnicy poniżej 25 mikrometrów przy zachowaniu w miarę foremnych, często sferycznych kształtów drobin tonera. Do proszku zaczęto też w trakcie procesu agregacji dodawać inne substancje chemiczne poprawiające właściwości elektrostatyczne, proces nanoszenie barwnika, uwypuklające kolor oraz pochłaniające nadmiar wilgoci przeszkadzającej w druku w wysokiej rozdzielczości.
Jak można się domyślić, poszczególne etapy produkcji oraz szczegółowy skład fizykochemiczny tonerów objęte są tajemnicą, którą firmy skrupulatnie chronią - dla przykładu: amerykański Xerox dysponuje obecnie ponad 15 tys. patentów związanych z tonerami. Wielu wytwórców alternatywnych materiałów eksploatacyjnych stara się odtworzyć oryginalne receptury, ale nie jest to proste.
W opisany powyżej sposób wytwarza się obecnie większość alternatywnych tonerów. Ich producentom udało się uzyskać wymiar drobin poniżej 10 mikrometrów. To w zupełności wystarcza, by swobodnie drukować z rozdzielczością do 1200 dpi. Jednak najwięksi producenci drukarek i mechanizmów do nich (m.in. Xerox, HP, Canon, Oki, Epson i Konica Minolta) zdążyli pójść już o krok dalej, rozpoczynając produkcję nowej generacji tonerów - tonerów chemicznych.
Co ciekawe, metody ich produkcji wywodzą się wprost z laboratoriów badawczych pracujących na potrzeby przemysłu kosmicznego. Tonery chemiczne powstały po to, by poprawić przede wszystkim laserowy druk barwny. W kolorowych drukarkach laserowych pojawiały się bowiem kłopoty z trwałością używanych do druku barwników organicznych. Podczas termicznego utrwalania wydruku pigmenty blakły, barwniki potrafiły się mieszać, nie dając tam, gdzie potrzeba, ostrych przejść tonalnych na gotowym wydruku, a kolory po krótkim czasie potrafiły wypłowieć. Trzeba więc było zacząć osłaniać barwnik woskami niewpływającymi na proces druku laserowego, a zabezpieczającymi utrwalone na kartce litery czy rysunki - stąd notabene bierze się lekko błyszcząca powierzchnia kolorowych kserokopii i wydruków pochodzących z drukarek laserowych.
Nałożenie wosku na toner nie jest sprawą prostą, dlatego w większości starszych konstrukcji drukarek laserowych stosowano oddzielne smarowanie zadrukowywanej powierzchni olejem silikonowym. Nanoszono go z dodatkowego pojemnika znajdującego się w kasecie. Pod koniec ubiegłego wieku naukowcy zajmujący się tonerami wpadli na genialny pomysł: zamiast nakładać wosk na cząsteczki barwnika, lepiej nałożyć barwnik na woskowe mikrogranulki - wosk w trakcie utrwalania termicznego wydruku i tak się wytopi, tworząc warstwę zabezpieczającą toner.
Jeśli szukasz najlepszych
tonerów do drukarek zapraszamy do sklepu
Tonery Otwock!