Know-How: Tonertechnologien
von Angela Starck
Erschienen am 12. Mai 2011 bei Druckerchannel.de, 4 Seite(n)
https://www.druckerchannel.de/artikel.php?ID=2988
Die verschiedene Toner-Arten
Es gibt eine Reihe von verschiedenen Tonerarten, die sich hauptsächlich in der Art der Herstellung unterscheiden. Allen Tonerarten gemeinsam ist aber, dass sie bei hohen Temperaturen von punktuell bis 200 Grad auf dem Papier fixiert werden müssen. Allerdings halten nicht alle Papiere diese Temperaturen aus. So kann man nicht alle gestrichenen Papiersorten für den Laserdruck verwenden, da das Papier beim Druckvorgang zum Beispiel wellig werden kann.
Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Ein- und Zweikomponententoner:
- Beim Einkomponententoner wird nur eine Kartusche pro Farbe benötigt, die eine Mischung aus Toner und Entwickler enthält. Der Vorteil liegt in der einfachen Wartung, der Nachteil in den höheren Kosten. Da der Entwickler ebenfalls auf dem bedruckten Papier verbleibt, darf dieser die Farben nicht verfälschen, weshalb er entsprechend teuer ist. Der Einkomponententoner ist in den meisten normalen S/W- und Farblaser-Druckern zu finden.
- Beim Zweikomponententoner sind Entwickler und Toner getrennt. Als Entwickler dienen meistens feinste Eisenpartikel, die nicht auf das Papier aufgetragen werden, sondern im Resttoner-Behälter landen. Der Vorteil von Zweikomponenten liegt in seinem einfacheren Aufbau, da der Entwickler keine Einheit mit dem Toner bilden muss, was in einem niedrigeren Preis resultiert. Nachteilig ist, dass Toner und Entwickler getrennt nachgefüllt werden müssen und die Bauweise der entsprechenden Drucksysteme komplizierter ist. Verwendet werden Zweikomponententoner vor allem in großen Kopierern und Digitaldruckmaschinen.
Mechanisch hergestellter Toner
Das klassische Tonerpulver, auch als konventioneller oder gemahlener Toner bezeichnet, stellt man auf mechanischem Weg her. Dabei werden die einzelnen Bestandteile des Toners durch Erhitzen und hohe mechanische Kräfte in einem Extruder
geschmolzen, geknetet und verteilt.
Die entstehende homogene, zähflüssige Masse wird gekühlt, auf großen Flächen zu einer dünnen Schicht ausgewalzt und getrocknet. Danach wird die erstarrte Masse grob vorgebrochen und anschließend gemahlen bis die Zielgröße der Teilchen erreicht ist.
Vergleich: Unter dem Mikroskop unterscheiden sich die Partikel von konventionellem (links) und chemisch hergestelltem EA-Toner erheblich - Bildquelle: Xerox.Je nach Material erfordert das Mahlen viel Zeit und Energie, verursacht also hohe Kosten. Die Grenze einer wirtschaftlichen Produktion liegt daher bei einer Korngröße von 6,5 bis 7 Mikrometern*1 Durchmesser.
Die Tonerteilchen sind unregelmäßig geformt wie gebrochenes Gestein. Das bedeutet, dass die kleinen Teilchen schwer in den Kontakt mit der Bedruckoberfläche gelangen, da sie durch die größeren Partikel auf Abstand gehalten werden. Dies führt dazu, dass die Rate von verwendetem zu tatsächlich übertragenem Toner nicht optimal ist und da die Feinheit beziehungsweise die Teilchengröße die Raster- und Linienauflösung des Druckbildes direkt beeinflusst, ist auch das Druckergebnis nicht optimal. Hier gilt, je feiner der Toner gemahlen ist, desto besser ist die zu erwartende Druckqualität.
Ebenfalls nachteilig ist, dass bei konventionellen Tonern eine Farbschichtdicke fünf bis sieben Mikrometern erreicht wird – bei chemisch hergestellten Tonern ist sie lediglich zwei bis drei Mikrometern dick.
Allerdings gibt es auch Vorteile, so bietet der konventionelle Toner gegenüber dem chemisch hergestellten einen größeren Farbraum – damit sind leuchtendere, brilliantere Farben möglich.
Chemisch hergestellter Toner
Chemisch hergestellten Toner gibt es bereits seit den 1990er Jahren. Er wird unter verschiedenen Bezeichnungen angeboten – etwa von Xerox als EA-(Emulsion Aggregation) Toner oder von Konica-Minolta als Simitri HD-Toner.
Die Herstellung von chemischem Toner zielt darauf ab, möglichst kleine, runde und gleichmäßig geformte Teilchen zu produzieren. Dazu wachsen die Tonerteilchen in einer Emulsion aus Wasser, Wachs und Latexpolymer heran, die alle Bestandteile des Toners enthält. Durch eine schichtweise Anlagerung bilden sich winzige Tonerkügelchen, die so lange weiter wachsen, bis sie aus der Flüssigkeit herausgenommen werden.
Vorteilhaft beim chemischen Herstellungsverfahren ist, dass man in der Lage ist, Trockentonerpartikel in jeder beliebigen Form, Eigenschaft und Größe herzustellen. Dazu lässt sich der gesamte Prozess präzise über Temperatur, Zeit und pH-Wert steuern, so dass chemischer Toner sehr viel gleichmäßiger geformt ist als konventioneller Toner.
Die nur etwa halb so großen und gleichmäßiger geformten Teilchen des chemischen Toners ermöglichen im Gegensatz zu konventionellen Tonern einen um 30-40 Prozent sparsameren Farbauftrag. Das Druckergebnis stellt Feinheiten, Verläufe und Abstufungen von Halbtönen und Farben sowie komplizierte Muster akkurater und schärfer dar.
Zudem haben die verschiedenfarbigen Toner ein identisches und kaum von Umweltbedingungen abhängiges Ladungskompensationsverhalten, drucken also im Grunde immer gleich und auch die Farben sind beständiger.
Da darüber hinaus auch die Schmelztemperatur des chemischen Toners niedriger als bei konventionellen Tonern ist, kann die Fixierung bei geringeren Temperaturen erfolgen. So lässt sich Energie einsparen und es ist eine größere Auswahl an Papiersorten bedruckbar.
Ein weiterer Vorteil vieler chemisch hergestellter Toner ist deren ölfreie Fixierung. Während für die Fixierung von konventionellem Toner ein Ölfilm nötig ist, um Farbe auf dem Papier zu fixieren, wird chemischen Tonern häufig Wachs als Fixierungsmittel zugesetzt. Beim Druckvorgang wird das Wachs freigegeben und fixiert die Farbsubstanz nur dort, wo auch Farbe ist. Auch dies verbessert die Druckqualität, denn die Farben wirken lebendiger und natürlicher, sie verblassen nicht so schnell und glänzen nicht so stark wie üblich. Ohne den Ölfilm entstehen Drucke, die sogar mit Tinte beschreibbar sind oder mit Haftnotizen versehen werden können.