Влияние поверхностных добавок на свойства тонера
Как известно, частица тонера представляет из себя композит, состоящий из полимерной основы и различных добавок. Каждый компонент тонера выполняет особую роль. Сегодня мы поговорим об аэросиле – поверхностной добавке, влияющей на трибозаряд, текучесть* тонера и стабильность его зарядовых характеристик. Он представляет из себя мелкодисперсный порошок, распределенный по поверхности частиц тонера (рисунок 1).
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 CH3 или диметилхлорсилановые, см. рис. 2). Эти группы приводят к значительному снижению взаимодействия частиц аэросила между собой, а хлорсилановые также способствуют увеличению заряда тонера.
Рис. 2. Схематичное изображение аэросила с гидрофобными группами
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 порошков 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, описывающий 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.
Рис. 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] (см. рис 4).
Рис. 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 для каждого тонера существует свое оптимальное количество аэросила, определяемое размерами, зарядом, массой, формой частиц тонера и устройством блока проявки.
Источники:
- Рисунок взят с сайта компании производителя Evonik: www.aerosil.com
- Gady B. et al. Effects of Silica Additive Concentration on Toner Adhesion , Cohesion , Transfer , and Image Quality. 1999. Vol. 43, № 3. P. 288–294.