научные консультанты ООО «Лаборатория электрографии»
Как известно, частица тонера представляет из себя композитный материал, состоящий из полимерной основы и различных добавок. Каждый компонент тонера выполняет особую роль. Сегодня мы поговорим об аэросиле, который представляет из себя мелкодисперсный порошок, распределенный по поверхности частиц тонера (рисунок 1). Это поверхностная добавка, которая обеспечивает хорошую «текучесть»* тонера, трибозаряд и стабильность его зарядовых характеристик в процессе печати.
Рисунок 1. Снимок части поверхности частицы тонера. Красным овалом обведены частицы аэросила. Рядом с аэросилом наблюдается частица магнетита, внедренная в полимерную матрицу тонера. Снимок получен методом просвечивающей электронной микроскопии.
Аэросилом называют аморфное состояние диоксида кремния (химическая формула - SiO2). Для придания аэросилу различных свойств на его поверхность наносят разнообразные химические группы. Чаще всего на поверхность аэросила химически пришивают гидрофобные группы (например, углеводородные группы CH3или диметилхлорсилановые, показаны на рисунке 2). Эти группы приводят к значительному снижению взаимодействия частиц аэросила между собой, а хлорсилановые также способствуют увеличению заряда тонера.
Рисунок 2. Схематичное изображение аэросила с гидрофобными группами [1].
Таким образом, при нанесении гидрофобного аэросила на поверхность частиц тонера они приобретают ряд полезных свойств:
• Тонер становится гидрофобным – устойчивым к изменению влажности. Это важно для стабильной работы тонера в любом помещении в любой сезон (когда изменяются влажность и температура окружающей среды).
• Значительно увеличивается «текучесть» тонеров. Это облегчает перенос тонера между комплектующими картриджа на пути от резервуара до бумаги, так как он не слипается. При повышенной «текучести» слой тонера на фотобарабане получается равномерным, за счет этого увеличивается и качество отпечатка.
• Наличие аэросила способствует увеличению электростатического заряда тонера. Это также облегчает перенос тонера под действием внешнего поля от магнитного вала к фотобарабану.
На рисунке 3 представлен график, показывающий зависимость напряжения, которое необходимо приложить для переноса тонера с магнитного вала на фотобарабан, от содержания аэросила в тонере. Мы видим, что при добавлении всего 0,5% аэросила можно эффективно переносить тонер на фотобарабан при напряжении в 2,5 раза меньшем изначального. Это значит, что при увеличении содержания аэросила энергозатраты на печать также снижаются.
Рисунок 3. Зависимость напряжения, необходимого для переноса 90% тонера с магнитного вала на фотобарабан, от содержания аэросила, %.
Казалось бы, можно безгранично увеличивать содержание аэросила в тонере и повышать качество печати. Однако избыток аэросила так же не желателен, как и его отсутствие. При увеличении содержания аэросила на поверхности тонера за счет гидрофобных групп и увеличения заряда тонера снижается взаимодействие частиц тонера друг с другом. В результате такого взаимного отталкивания частиц тонера при печати будет наблюдаться размытие изображения. Этот результат был также получен группой ученых из США, анализировавших расплывание напечатанных на бумаге точек определенного диаметра при различном содержании аэросила [2] (рисунок 4).
Рисунок 4. Сравнение качества печати при различном содержании аэросила в тонере.
Как мы видим, аэросил является крайне важной добавкой, оказывающей двойственное влияние на качество и эффективность печати. Для эффективного использования этой добавки производителю необходимо четко понимать, какую максимальную концентрацию аэросила можно добавить для улучшения характеристик тонера, не проигрывая при этом в качестве печати. При этом существуют определенные технологические правила введения аэросила в тонерную композицию: если их нарушить, аэросил не будет равномерно и надежно закрепляться на поверхности частиц тонера, а может и вовсе агломерировать в отдельные от тонера структуры. К сожалению, универсальной формулы идеального тонера не существует, и поэтому каждый тонер содержит оптимальное количество аэросила, определяемое размерами, зарядом, массой, формой частиц тонера и устройством блока проявки.
1. Рисунок с сайта компании – производителя Evonik: www.aerosil.com.
2. Gady B. et al. Effects of Silica Additive Concentration on Toner Adhesion, Cohesion, Transfer and Image Quality. 1999. Vol. 43, № 3. P. 288–294.
*Технически корректно называть свойство подвижности тонера сыпучестью. Однако на практике, как правило, применяется термин «текучесть».
