トナー（印刷）

トナーは、レーザープリンターやコピー機で使用される粉末混合物であり、通常はトナーカートリッジを介して紙の上にテキストや画像を形成するために使用されます。ほとんどが粒状のプラスチックで、初期の混合物には炭素粉末と酸化鉄のみが添加されていましたが、現在ではポリプロピレン、フュームドシリカ、および摩擦帯電用のさまざまな鉱物を含む混合物があります。^[1]石油プラスチックの代替品として、植物由来のプラスチックを使用したトナーも存在します。 ^{[2]トナー粒子は}定着器の熱によって溶融され、紙に結合されます。

初期の複写機では、この低コストのカーボントナーは、ユーザーがボトルから機械内のタンクに注ぎ入れていました^[要出典]。その後のコピー機や、1984 年の最初の Hewlett-Packard LaserJet 以降のレーザープリンターでは、^[3]密封されたトナーカートリッジから直接トナーが供給されます。

カラーコピー機やプリンターで使用するレーザー トナー カートリッジは、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック ( CMYK ) のセットになっており、混合することで非常に広い色域を生成できます。

使用される特定のポリマーはメーカーによって異なりますが、スチレン アクリレート コポリマー、ポリエステル樹脂、スチレンブタジエンコポリマー、またはその他の特殊なポリマーである場合があります。トナーの配合はメーカーごとに、さらには機械ごとに異なります。通常、配合、粒子サイズ、融点が最も異なります。

もともと、トナーの粒子サイズは平均14～16マイクロメートル^[4]以上でした。理論的には、600dpiでドットと印刷の特徴を完璧に再現するには約5μmの粒子サイズが必要であり、1200dpiでは約3μmが必要です。^[5]エマルジョン凝集法などの新しい技術を応用することで、粒子サイズをさらに小さくして解像度をさらに向上させる方法が開発されています。^[6]トナーメーカーは、プリンターでの使用に適した粉末を製造するために、 粒子サイズ分布の品質管理基準を維持しています。

トナーは伝統的に、成分を配合してスラブを作り、それを砕いたりペレット化したりして、エアジェットミルで粒子サイズの範囲を制御した微粉末にすることで作られてきました。このプロセスにより、さまざまなサイズと非球形のトナー粒子が得られます。より細かい印刷を実現するために、一部の企業は分子試薬からトナー粒子を成長させる化学プロセスを使用しています。^[7]これにより、トナー粒子のサイズと形状がより均一になります。より小さく均一な形状により、より正確な色再現とより効率的なトナーの使用が可能になります。

トナーは冷水で肌や衣類から洗い流すことができます。熱湯または温水はトナーを柔らかくし、その場で接着させます。肌に付着したトナーはやがては消えますが、研磨剤入りのハンドクリーナーを使用して部分的に除去することもできます。衣類に付着したトナーは通常は除去できません。付着していないトナーは、水で洗える衣類のほとんどから簡単に取り除くことができます。トナーは融点の低いワックスまたはプラスチックの粉末であるため、洗浄中は冷たい状態に保つ必要があります。

トナー粒子は設計上静電気特性があり、他の粒子、物体、または搬送システムや掃除機のホースの内部とこすれると静電気を帯びることがあります。このため、また粒子サイズが小さいため、トナーは従来の家庭用掃除機で吸引しないでください。帯電したトナー粒子からの静電気放電により、理論的には掃除機のバッグ内のほこりが発火したり^[8]、十分な量のトナーが空気中に浮遊している場合は小規模な爆発が発生したりする可能性があります。トナー粒子は非常に細かいため、家庭用掃除機のフィルターバッグでは十分に濾過されず、掃除機のモーターを通り抜けて室内に吹き出す可能性があります。また、モーターフィルターを詰まらせて過熱を引き起こしたり、モーター内部で溶けて導電性（炭素、鉄）によってショートしたりすることもあります。 ^[9]

トナーがレーザー プリンターまたはコピー機にこぼれた場合、効果的なクリーニングには、導電性ホースと高効率 ( HEPA ) フィルターを備えた特殊なタイプの掃除機が必要になることがあります。これらは、静電気放電防止 (ESD 防止) 掃除機またはトナー掃除機と呼ばれます。大量のトナーこぼれを掃除するには、同様の HEPA フィルターを備えた掃除機を使用する必要があります。

Muhleら（1991）は、カーボンブラック、二酸化チタン、シリカで着色されたプラスチック粉塵であるコピートナーを慢性的に吸入した場合の反応も、二酸化チタンやディーゼル排気ガスと質的に類似していると報告した。^[10]

トナーの成分の一つであるカーボンブラックは、 IARCによって「発がん性の可能性がある」（グループ 2B）に分類されています。

トナーは微粉末であるため、一定期間空気中に浮遊することがあり、不活性粉塵に匹敵する健康影響があると考えられています。喘息や気管支炎などの呼吸器疾患の患者にとっては刺激物となる可能性があります。 1970年代に細菌に関する研究が行われ、黒トナーに使用されるカーボンブラックの製造中に生成される汚染物質であるピロールによる健康影響が懸念されたため、製造工程が変更され、完成品からピロールが除去されました。

クイーンズランド工科大学の研究によると、一部のレーザープリンターはサブミクロンの粒子を放出し、他の環境研究では呼吸器疾患との関連が指摘されている。^[11]

ロストック大学の研究で、トナーに含まれる微粒子がアスベストと同様に発がん性があることが判明した。プリンターやコピー機を日常的に使用していた技術者数名を数年にわたって観察したところ、肺疾患が増加していた。^[12]これは2006年に発表された以前の研究を裏付けるものである。^[13]

ハーバード大学の研究によると、印刷中に、トナーベースのレーザープリンターや複合機から金属酸化物ナノ粒子（100ナノメートル以下、つまり0.1マイクロメートル以下と定義）が空気中に放出される。これらの機械は、全体の直径が平均20マイクロメートルのトナー粒子を使用しているが、トナー粒子自体の表面には無数の小さな金属酸化物ナノ粒子が含まれている。^[14]これらの極小の金属酸化物ナノ粒子は生体活性が高く、0.1マイクロメートル以下の粒子は生体膜（肺胞を含む）を通過し、血液循環を介してすべての臓器に侵入できるため、肺だけでなく体の他の部分にも害を及ぼす可能性がある。^[15]これは依然として活発な研究分野であり、多くの知識のギャップがある。^{[16] [17]}

トナー コンテナは、トナーの保管と輸送のためのシンプルなパック、またはプリンタの消耗品コンポーネントになることがあります。トナーを消費する最も一般的な方法は、レーザー プリンタまたはコピー機のオフィス用品として、トナー カートリッジ(またはレーザー トナー)を使用することです。

いくつかのトナー製造業者は、トナーを卸売りで提供しています。通常、バルクのルーズトナーは、バレルまたは 10 kg (22 ポンド) の袋で販売されます。

その後、トナーはさまざまな業界で使用され、完成したレーザー トナー カートリッジが消費者に提供されます。

HPやキヤノンなどのオリジナル機器メーカーや互換トナーカートリッジメーカーは、新品のOEMカートリッジを製造する過程でこのトナーを使用しています。トナーカートリッジの再生業者^{[18]は、再生トナーカートリッジを作成する過程でバルクトナーを使用しています。他の企業は、}トナー詰め替えサービスを提供するためにこのトナーを使用しています。

トナー カートリッジのほとんどは、小売店または地元の再生工場を通じて一般消費者に提供されています。再生および再充填されたトナー カートリッジは、完全に再生されてからトナーが再充填される (より最適な方法) か、トナーのみが再充填される (あまり最適ではない方法) ため、通常、オリジナルのトナー カートリッジよりも安価で提供されます。

使用済みトナーのリサイクルは、ほとんどのメーカーで実施されています。トナーを所定のサイズ分布に分類すると、サイズ外の不良品が発生しますが、これらは配合作業の貴重な原料となり、このようにリサイクルされます。 使用済みトナーは、主に写真印刷機のクリーニング作業で発生します。初期のプリンターでは、供給トナーの 20 ～ 25% がクリーナー サンプに流れ込み、廃棄物として廃棄されていました。プリンターの効率が向上したため、この廃棄物はより低いレベルにまで減少しましたが、それでも各カートリッジのトナーの平均 13% が廃棄されています。^[19]一部のプリンター設計では、この廃棄トナーを未使用のトナー リザーバーに戻し、プリンターで直接再利用しようと試みています。これらの試みは、現像粒子を保持したまま、フュージブルを消費することでトナーの組成が変化するため、成功と失敗が入り混じっています。使用済みトナーをクリーニングして「再製造」することで再利用する検討は行われていますが、業界では少数の試みしか行われていません。

トナーのほとんどは印刷されたページに使用され、その大部分は最終的に紙の回収およびリサイクル作業でリサイクルされます。パルプからトナーを除去するのは簡単ではなく、このステップを容易にするトナー配合が報告されています。^[20]加水分解性、水溶性、および腐食性可溶性のトナー樹脂が報告されていますが、広く使用されているようには見えません。ほとんどの紙リサイクル施設では、トナーをインクや樹脂などの他の廃棄物と混合して、商業的に使用されないスラッジにしています。^{[引用が必要]}

トナーはいくつかの共重合体から成り、炭素ベースの材料であるため、アスファルト産業の有用な改質剤として使用できます。残った燃焼トナーを含めると、アスファルトバインダーのレオロジー特性と機械的特性が大幅に向上することが示されています。このような用途は、廃トナーの埋め立てによる土壌汚染を防ぐための環境に優しい代替手段として位置付けられます。 ^[21]廃トナーをアスファルトバインダーと混合物に追加すると、バインダーのガラス転移温度が低下し、同時に結晶化温度も上昇します。^{[22] [23]}

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ウィキメディア・コモンズには、トナーに関連するメディアがあります。

• 化学物質安全データシート: Hewlett-Packardの HP LaserJet プリント カートリッジ
• トナー粒子 – 粒子サイズ分布と粒子形状の監視 2010-01-07 にMalvern InstrumentsのWayback Machineでアーカイブされました