حبر

مسحوق الحبر هو خليط مسحوق يستخدم في الطابعات الليزرية وآلات النسخ لتشكيل النصوص والصور على الورق، بشكل عام من خلال خرطوشة مسحوق الحبر . معظمها من البلاستيك الحبيبي، وكانت الخلطات المبكرة تضاف إليها مسحوق الكربون وأكسيد الحديد فقط ؛ والآن توجد خلطات تحتوي على البولي بروبيلين والسيليكا المدخنة ومعادن مختلفة للكهرباء الاحتكاكية . ^[1] يوجد أيضًا مسحوق حبر باستخدام البلاستيك المشتق من النباتات كبديل للبلاستيك البترولي . ^[2] تذوب جزيئات مسحوق الحبر بحرارة المثبت ، وبالتالي ترتبط بالورق.

في آلات النسخ السابقة، كان المستخدم يسكب حبر الكربون منخفض التكلفة من زجاجة إلى خزان في الآلة ^{[ بحاجة لمصدر ]} . أما آلات النسخ اللاحقة، وطابعات الليزر من طراز Hewlett-Packard LaserJet الأول عام 1984، ^[3] فتتغذى مباشرة من خرطوشة حبر محكمة الغلق.

تأتي خراطيش حبر الليزر المستخدمة في الطابعات وأجهزة النسخ الملونة في مجموعات من اللون السماوي والأرجواني والأصفر والأسود ( CMYK )، مما يسمح بإنشاء مجموعة كبيرة جدًا من الألوان عن طريق الخلط.

يختلف البوليمر المستخدم حسب الشركة المصنعة، ولكن يمكن أن يكون عبارة عن كوبوليمر أكريلات ستيرين ، أو راتينج بوليستر ، أو كوبوليمر ستيرين بوتادين، أو بعض البوليمرات الخاصة الأخرى. تختلف تركيبات الحبر من شركة مصنعة إلى أخرى وحتى من آلة إلى أخرى. عادةً ما تختلف التركيبة وحجم الحبيبات ونقطة الانصهار بشكل كبير.

في الأصل، كان متوسط ​​حجم جزيئات الحبر 14-16 ميكرومترًا ^[4] أو أكبر. من الناحية النظرية، لإعادة إنتاج النقاط وخصائص الطباعة بدقة 600 نقطة في البوصة، يلزم حجم جزيئات يبلغ حوالي 5 ميكرومتر، وعند 1200 نقطة في البوصة، يلزم حوالي 3 ميكرومتر. ^[5] يتم تطوير المزيد من التخفيضات في حجم الجزيئات لإنتاج المزيد من التحسينات في الدقة من خلال تطبيق تقنيات جديدة مثل تجميع المستحلب. ^[6] تحافظ شركات تصنيع الحبر على معيار مراقبة الجودة لتوزيع حجم الجزيئات من أجل إنتاج مسحوق مناسب للاستخدام في طابعاتها.

كان يتم تصنيع الحبر تقليديًا عن طريق خلط المكونات وإنشاء لوح تم كسره أو تحويله إلى حبيبات، ثم تحويله إلى مسحوق ناعم مع نطاق حجم جسيمات متحكم فيه عن طريق الطحن بالهواء . تؤدي هذه العملية إلى حبيبات حبر بأحجام وأشكال غير كروية مختلفة. للحصول على طباعة أدق، تستخدم بعض الشركات عملية كيميائية لتنمية جزيئات الحبر من الكواشف الجزيئية. ^[7] يؤدي هذا إلى حجم وأشكال أكثر اتساقًا لجزيئات الحبر. تسمح الأشكال الأصغر والموحدة بإعادة إنتاج الألوان بدقة أكبر واستخدام الحبر بكفاءة أكبر.

يمكن غسل الحبر من الجلد والملابس بالماء البارد . يعمل الماء الساخن أو الدافئ على تليين الحبر، مما يجعله يلتصق في مكانه. يتلاشى الحبر الملتصق بالجلد في النهاية، أو يمكن إزالته جزئيًا باستخدام منظف يدوي كاشط. لا يمكن إزالة الحبر الملتصق بالملابس عادةً. يمكن تنظيف الحبر غير الملتصق بسهولة من معظم الملابس القابلة للغسل بالماء. نظرًا لأن الحبر عبارة عن مسحوق شمعي أو بلاستيكي بدرجة انصهار منخفضة، فيجب الاحتفاظ به باردًا أثناء التنظيف.

تتمتع جزيئات الحبر بخواص كهروستاتيكية من حيث التصميم ويمكنها تطوير شحنات كهربائية ساكنة عندما تحتك بجزيئات أخرى أو أشياء أو داخل أنظمة النقل وخراطيم المكنسة الكهربائية. وبسبب هذا وحجم الجسيمات الصغير، لا ينبغي تنظيف الحبر بالمكنسة الكهربائية المنزلية التقليدية . من الناحية النظرية، قد يؤدي التفريغ الساكن من جزيئات الحبر المشحونة إلى إشعال الغبار ^[8] في كيس المكنسة الكهربائية أو خلق انفجار صغير إذا كان هناك كمية كافية من الحبر في الهواء. جزيئات الحبر دقيقة للغاية بحيث لا يتم ترشيحها بشكل جيد بواسطة أكياس مرشح المكنسة الكهربائية المنزلية ويمكن أن تهب عبر محرك المكنسة الكهربائية إلى الغرفة. يمكن أن تسبب أيضًا ارتفاع درجة الحرارة عن طريق انسداد مرشح المحرك وقصر الدائرة بسبب موصليتها الكهربائية (الكربون والحديد) عندما تذوب داخل المحرك. ^[9]

إذا انسكب الحبر في الطابعة الليزرية أو آلة النسخ، فقد تكون هناك حاجة إلى نوع خاص من المكنسة الكهربائية المزودة بخراطيم موصلة للكهرباء ومرشح عالي الكفاءة ( HEPA ) لتنظيف فعال. تسمى هذه المكنسة الكهربائية المكنسة الكهربائية الآمنة للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD-safe) أو المكنسة الكهربائية ...

أفاد موهل وآخرون (1991) أن الاستجابات لحبر النسخ المستنشق بشكل مزمن، وهو غبار بلاستيكي مصطبغ بالكربون الأسود وثاني أكسيد التيتانيوم والسيليكا، كانت أيضًا مماثلة نوعيًا لثاني أكسيد التيتانيوم وعادم الديزل . ^[10]

تم تصنيف الكربون الأسود ، أحد مكونات مسحوق الحبر، على أنه "مسبب محتمل للسرطان" ( المجموعة 2ب ) من قبل الوكالة الدولية لبحوث السرطان .

نظرًا لكونه مسحوقًا ناعمًا، يمكن أن يظل الحبر معلقًا في الهواء لبعض الوقت، ويُعتبر أن له تأثيرات صحية مماثلة للغبار الخامل . يمكن أن يكون مهيجًا للأشخاص الذين يعانون من حالات الجهاز التنفسي مثل الربو أو التهاب الشعب الهوائية . بعد الدراسات التي أجريت على البكتيريا في السبعينيات والتي أثارت مخاوف بشأن التأثيرات الصحية الناتجة عن البيرول ، وهو ملوث ينشأ أثناء تصنيع الكربون الأسود المستخدم في الحبر الأسود، تم تغيير عمليات التصنيع لإزالة البيرول من المنتج النهائي.

أشارت الأبحاث التي أجرتها جامعة كوينزلاند للتكنولوجيا إلى أن بعض الطابعات الليزرية تنبعث منها جزيئات دون الميكرومتر والتي ارتبطت في دراسات بيئية أخرى بأمراض الجهاز التنفسي . ^[11]

توصلت دراسة أجريت في جامعة روستوك إلى أن الجزيئات المجهرية الموجودة في مسحوق الحبر مسببة للسرطان، وهي تشبه مادة الأسبستوس. وقد تم ملاحظة العديد من الفنيين الذين كانوا يعملون مع الطابعات وآلات النسخ بشكل يومي لعدة سنوات. وقد أظهروا زيادة في مشاكل الرئة. ^[12] وهذا يؤكد الأبحاث السابقة المنشورة في عام 2006. ^[13]

أظهرت الأبحاث في جامعة هارفارد أنه أثناء الطباعة، يتم إطلاق جسيمات نانوية من أكسيد المعدن (المعرفة بأنها 100 نانومتر وأصغر، وبالتالي 0.1 ميكرومتر وأصغر) في الهواء من الطابعات الليزرية التي تعتمد على الحبر وأجهزة متعددة الوظائف. تستخدم هذه الآلات جزيئات حبر يبلغ متوسط ​​قطرها الإجمالي 20 ميكرومترًا، لكن أسطح جزيئات الحبر نفسها تحمل عددًا لا يحصى من جزيئات أكسيد المعدن النانوية الصغيرة. ^[14] هذه الجسيمات النانوية من أكسيد المعدن فائقة الصغر نشطة بيولوجيًا للغاية ويمكن أن تسبب ضررًا للرئتين وأيضًا في أماكن أخرى من الجسم، نظرًا لأن الجسيمات التي يبلغ حجمها 0.1 ميكرومتر وأصغر يمكنها عبور الأغشية البيولوجية (بما في ذلك الحويصلات الهوائية في الرئة)، وبالتالي الوصول إلى جميع الأعضاء عبر الدورة الدموية. ^[15] لا يزال هذا مجالًا للبحث النشط، مع العديد من فجوات المعرفة. ^{[16] [17]}

يمكن أن تكون حاوية الحبر عبارة عن عبوة بسيطة لتخزين الحبر ونقله، أو يمكن أن تكون أيضًا مكونًا قابلًا للاستهلاك في الطابعة. الطريقة الأكثر شيوعًا لاستهلاك الحبر هي استخدام خرطوشة حبر (أو حبر ليزر )، كمصدر إمداد مكتبي لطابعة ليزر أو آلة تصوير.

تقدم العديد من شركات تصنيع الحبر الحبر بكميات كبيرة. وعادةً ما يتم بيع الحبر السائب بكميات كبيرة في براميل أو أكياس تزن 10 كجم (22 رطلاً).

يتم بعد ذلك استخدام الحبر من قبل مجموعة متنوعة من الصناعات من أجل توفير خرطوشة حبر ليزر نهائية للمستهلكين.

تستخدم شركات تصنيع المعدات الأصلية مثل HP و Canon وكذلك شركات تصنيع خراطيش الحبر المتوافقة الحبر في عملية تصنيع خرطوشة OEM جديدة تمامًا. تستخدم شركات إعادة تصنيع خراطيش الحبر ^[18] الحبر بكميات كبيرة في عملية إنشاء خراطيش حبر مُعاد تصنيعها. تستخدم شركات أخرى الحبر لتوفير خدمة إعادة تعبئة الحبر .

تتوفر أغلب خراطيش الحبر للمستهلك العادي من خلال منافذ البيع بالتجزئة أو عمليات إعادة التصنيع المحلية. وعادة ما يتم تقديم خراطيش الحبر المعاد تصنيعها وإعادة تعبئتها بتكلفة أقل من خراطيش الحبر الأصلية، حيث يتم إعادة تصنيعها بالكامل ثم إعادة تعبئتها بالحبر (الطريقة الأكثر مثالية) أو إعادة تعبئتها بالحبر فقط (الطريقة الأقل مثالية).

تمارس أغلب الشركات المصنعة إعادة تدوير نفايات الحبر قبل الاستهلاك. يؤدي تصنيف الحبر إلى توزيع الحجم المطلوب إلى إنتاج نفايات غير ذات حجم مناسب، ولكنها تصبح مواد خام قيمة لعملية التجميع، ويتم إعادة تدويرها بهذه الطريقة. يظهر نفايات الحبر بعد الاستهلاك بشكل أساسي في عملية تنظيف آلة الطباعة الفوتوغرافية. في الطابعات المبكرة، كان ما يصل إلى 20 إلى 25% من حبر التغذية ينتهي به المطاف في حوض التنظيف ويتم التخلص منه كنفايات. لقد أدت كفاءة الطابعات المحسنة إلى تقليل هذا التدفق من النفايات إلى مستويات أقل، على الرغم من أن 13% في المتوسط ​​من الحبر في كل خرطوشة لا يزال يهدر. ^[19] حاولت بعض تصميمات الطابعات تحويل نفايات الحبر هذه مرة أخرى إلى خزان الحبر البكر لإعادة الاستخدام المباشر في الطابعة؛ وقد لاقت هذه المحاولات نجاحًا متباينًا حيث سيتغير تكوين الحبر عن طريق إنفاق المواد القابلة للانصهار مع الاحتفاظ بجزيئات المطور. تم إجراء بعض الاعتبارات ومحاولات أقل من قبل الصناعة لاستعادة نفايات الحبر عن طريق تنظيفها و"إعادة تصنيعها".

يذهب معظم الحبر إلى الصفحات المطبوعة، ويتم إعادة تدوير جزء كبير منه في النهاية في عمليات استعادة الورق وإعادة تدويره. إن إزالة الحبر من اللب ليس بالأمر السهل، وقد تم الإبلاغ عن تركيبات حبر لتسهيل هذه الخطوة. ^[20] تم الإبلاغ عن راتنجات الحبر القابلة للتحلل المائي والقابلة للذوبان في الماء والقابلة للذوبان في القلويات، ولكن لا يبدو أنها تتمتع بتطبيق واسع النطاق. تخلط معظم مرافق إعادة تدوير الورق الحبر مع مواد نفايات أخرى، مثل الأحبار والراتنجات، في طين بدون استخدام تجاري. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

نظرًا لأن الحبر يتكون من العديد من البوليمرات المشتركة وهو مادة تعتمد على الكربون، فيمكن استخدامه كمعدِّل مفيد لصناعة الأسفلت. وقد ثبت أن إضافة الحبر المحروق المتبقي يعزز الخصائص الرومولوجية والميكانيكية لموثق الأسفلت بشكل كبير. يمكن وضع مثل هذا التطبيق كبديل صديق للبيئة لمنع تلوث التربة بسبب دفن حبر النفايات. ^[21] يؤدي إضافة حبر النفايات إلى رابط الأسفلت والخليط إلى تقليل درجة انتقال الزجاج للموثق، وفي الوقت نفسه يزيد من درجة حرارة التبلور أيضًا. ^{[22] [23]}

• أوراق بيانات سلامة المواد: خراطيش الطباعة HP LaserJet من Hewlett-Packard
• جزيئات الحبر – مراقبة توزيع حجم الجسيمات وشكل الجسيمات أرشيف 2010-01-07 على موقع Wayback Machine من Malvern Instruments