文/許文才

智能包裝的內涵

智能包裝的發(fā)展與智能結構的發(fā)展是分不開的。20世紀50年代，人們提出了“智能結構”的概念，當時把它稱為自適應系統(tǒng)。在智能結構發(fā)展過程中，人們意識到智能結構的發(fā)展越來越需要智能材料的研究與開發(fā)。于是在20世紀80年代，人們又提出了“智能材料”的概念。近年來形成的“智能科學與技術”，是以人工智能理論和方法為核心，研究如何用計算機去模擬、延伸和擴展人的智能，設計和建造具有高智能水平的計算機應用系統(tǒng)。一個完整的智能行為周期為：從機器感知到知識表達；從機器學習到知識發(fā)現(xiàn)；從搜索推理到規(guī)劃決策；從智能交互到機器行為、人工生命等。這些構成了智能科學與技術學科特有的認識對象。

隨著智能材料不斷發(fā)展，其應用范圍拓展到了包裝，于是出現(xiàn)了“智能包裝”的概念。1992年在倫敦召開的“智能包裝”會議上給出了對智能包裝的定義：在一個包裝、一個產品或產品-包裝組合中，有一個集成化元件或一項固有特性，通過此類元件或特性把符合特定要求的職能成分賦予產品包裝，或體現(xiàn)于產品本身。具體來講，智能包裝就是利用新型的包裝材料、結構與形式對商品的質量和流通安全性進行積極干預與保障；利用信息收集、管理、控制與處理技術完成對運輸包裝系統(tǒng)的優(yōu)化管理等。

智能包裝是一個多元學科交叉的應用領域，材料科學、微電子學、現(xiàn)代控制理論、計算機科學與人工智能等相關技術的進步，帶動了智能包裝的飛速發(fā)展。美國在智能包裝方面發(fā)展迅速，每年市場增長率超過13%。

智能包裝的主要作用是延長貨架期、保障包裝質量與安全、在供應鏈中監(jiān)控產品性能的相關信息。智能包裝所賦予的功能遠超過傳統(tǒng)包裝，能夠增強對產品的保護，進行動態(tài)與交互式信息傳遞和通訊（感知、檢測、定位、跟蹤、發(fā)布信息），檢測與控制包裝物所處環(huán)境（產品有效期、產品質量監(jiān)控），進行商品管理與商品調配，保護品牌、保障包裝安全，便于包裝與購買者交互交流。

智能包裝的主要類型

新型RFID葡萄糖探測器

安裝在牙齒上的微型傳感器

智能包裝技術的主要類型有傳感器類 （生物傳感器、氣體傳感器）、指示標簽類 （溫度、新鮮度）、數(shù)據(jù)載體類 （條碼、RFID標簽）等。常用的智能包裝技術，既有基于化學、物理、生物原理的時間與溫度指示器（TTI），電驅動的智能包裝單元（射頻識別/RFID），近場通訊（NFC），印刷與柔性電子，還有增強現(xiàn)實（AR），傳感器，導電油墨印刷，柔性電池等。

智能包裝的分類方法主要有兩種。如果按工作原理來分類，可將智能包裝分為：功能材料型、功能結構型及信息型；如果按照智能包裝的主要應用范圍來分類，可將智能包裝分為：食品類、藥物類和化妝品類等等。

功能材料型智能包裝是指通過應用新型智能包裝材料，增加和提升包裝功能，以達到特定包裝的目的。如通過采用光電、溫敏、濕敏、氣敏等功能材料，而具有“識別”和“判斷”環(huán)境因素功能的包裝就是典型的材料型智能包裝。

美國光學涂料試驗中心和PA技術公司研制出一種在外力作用下會變色的塑料薄膜，膜上涂有不同波長的反向干涉涂層，在正常情況下涂層呈明亮色彩，一旦被動用，涂層便開始剝落，薄膜變成灰色，剝落部分還會產生花紋，從而發(fā)出的警示信號。這種材料很適合包裝防偽。國際造紙公司采用以色列能量紙公司（Power Paper）開發(fā)出來的一種超薄柔軟電池，用于一些消費產品的包裝，這種新型電池可像油墨一樣被“印刷”在產品的包裝上，使之增加燈光、聲音，以及其他一些特殊效果，可讓制造商更有效地通過產品包裝來吸引消費者。

智能標簽

智能標簽是一種典型的智能包裝，廣泛應用于食品的儲存、運輸和銷售領域。智能標簽使用便利，可以提升品牌，增加趣味性、娛樂性、新穎性，容易吸引消費者的眼球，提高差異性，被消費者接受；可以標識包裝是否密封、完整；對于防假冒、辨真?zhèn)?、保護品牌、分析供應鏈效率、跟蹤貨物等具有重要作用。常用的智能標簽有：時間溫度指示器（TTI）、濕度顯示標簽、包裝完整性指示器、新鮮度指示器包裝標簽、氣敏指示器、防偽DNA標簽、RFID標簽、防傾倒標簽、碰撞顯示標簽、食品監(jiān)測標簽、智能-物聯(lián)-標簽-信息系統(tǒng)等。

1.時間-溫度指示標簽（TTI），通常是基于時間和溫度累積化學變化效果的可變數(shù)據(jù)印刷來實現(xiàn)的，例如發(fā)生聚合反應、光致變色反應、氧化反應等；或基于累積生物變化原理，如酶反應、乳酸反應等；或基于物理特性、過程引發(fā)的變化，如擴散、熱致變色、光聲晶格變化等。時間-溫度指示標簽利用以上原理或變化產生不可逆的變化，顯示出時間和溫度的累積效應，通常多應用于食品包裝。

保鮮指示劑通過對微生物生長期新陳代射的反應，可以直接指示出食品的微生物質量。如熱致變色智能包裝，通過熱變色油墨來實現(xiàn)溫度的控制，為消費者提供食品安全性、最佳溫度、產品真?zhèn)蔚扔嘘P信息。

光化學型時間-溫度指示標簽（TTI），含有由染料、試劑和溶劑組成的熱致變色油墨，當油墨吸收了一定波長的光后就會被激發(fā)，引起能量轉移和帶電粒子的產生，導致溶劑的溫度升高而逐漸解凍，并與染料聚合物反應而引起顏色變化。

2.濕度顯示標簽，通過自身顏色的變化來反映其所在包裝環(huán)境內的濕度。被廣泛應用于：光學設備、儀器儀表、電子元器件包裝、敏感組件等產品的包裝方案中。

3.新鮮度指示器包裝標簽。食品安全指示包裝技術是國外食品包裝專家研究的熱點，將一種摻雜染料的塑料圓片放入食品包裝袋，如果包裝袋中的食品腐爛就會釋放出氣體，使塑料片改變顏色，因而消費者根據(jù)塑料片的顏色就能知道食品是否變質。如芬蘭的VTT生物技術實驗室研制的智能包裝指示劑，具有直接給出有關食品質量、包裝和預留空間氣體、包裝的貯藏條件等信息的能力。保鮮指示劑通過對微生物生長期新陳代射的反應直接指示出食品的微生物質量。

4.射頻識別（RFID）標簽，是智能包裝研發(fā)和應用的熱點，具有可讀寫、反復使用和耐高溫、不怕污染等傳統(tǒng)條形碼所不具備的優(yōu)勢，處理數(shù)據(jù)過程無需人工干預，芯片不易被偽造，在標簽上可以對數(shù)據(jù)采取分級保密措施，數(shù)據(jù)在供應鏈上的某些點可以讀取。RFID標簽的芯片層可以用紙、PE、PET甚至紡織品等材料封裝并進行印刷，制成不干膠貼紙、紙卡、吊標或其他類型的標簽。芯片不能承受印刷機的壓力，所以，除噴墨印刷外，一般采用先印刷面層，再與芯片層復合、模切的工藝。使用導電油墨印制RFID天線，具有高效快速、成本低等特點，完全可以替代傳統(tǒng)的壓箔法或腐蝕法制作的金屬天線。復合加工是RFID加工中的關鍵工序，不僅要求每個標簽之間的尺寸不會因為張力變化而改變，而且對于薄膜類材料，還要考慮拉伸變形造成的標簽間距增加程度，并作適當調整。射頻識別（RFID）標簽，采用射頻識別技術，通過與讀寫器、數(shù)據(jù)交換和管理系統(tǒng)的共同作用實現(xiàn)目標識別、物品跟蹤和信息采集等功能，可以對食物進行溯源式監(jiān)控，同時可以隨時掌握食品的儲存溫度、成熟度。如針對溫度敏感的紅酒儲運環(huán)境監(jiān)控，可采用RFID標簽，記錄時間-環(huán)境溫度，對原產地、存儲和酒品等信息進行識別和產品質量追溯。

智能包裝技術的研發(fā)與推廣是包裝行業(yè)發(fā)展的未來，雖然國內已開發(fā)出適用于各種用途的RFID產品，但在包裝應用上還未形成一定的規(guī)模。隨著生產成本的降低和生產工藝的不斷改進，在工農業(yè)產品包裝和商品流通領域，一個相當大的零售和消費市場正在形成并快速增長，勢必會帶動智能包裝的迅速發(fā)展。

防震標簽

射頻標簽