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. Oczywiście przy wydrukach materiałów na większą skalę niż pojedyncze fotokopie użycie owadzich skrzydełek nie było już możliwe. Dlatego dość szybko pozostawiono ćmy w spokoju. Ich skrzydełka zastąpiono mieszaniną sproszkowanego węgla (mielonego grafitu lub roztartej sadzy), opiłków metalu (tzw. wywoływacza – ma on 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.
W drodze ku nowoczesności
Opisany powyżej klasyczny skład tonera 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 “tuszu”. Ów tusz, w tym przypadku toner, nie może rozsypywać się 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 elementy, 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.
Kolejny wymiar produkcji
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 tonerowego 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. Dlatego najczęściej gotowe tonery kupuje się w wyspecjalizowanych koncernach chemicznych i jedynie napełnia nimi własne kasety do drukarek.
