智能包裝與智能標(biāo)簽縱覽

文/許文才

智能包裝的內(nèi)涵

智能包裝的發(fā)展與智能結(jié)構(gòu)的發(fā)展是分不開的。20世紀(jì)50年代，人們提出了“智能結(jié)構(gòu)”的概念，當(dāng)時(shí)把它稱為自適應(yīng)系統(tǒng)。在智能結(jié)構(gòu)發(fā)展過程中，人們意識到智能結(jié)構(gòu)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(jì)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(xué)與技術(shù)”，是以人工智能理論和方法為核心，研究如何用計(jì)算機(jī)去模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能，設(shè)計(jì)和建造具有高智能水平的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。一個(gè)完整的智能行為周期為：從機(jī)器感知到知識表達(dá)；從機(jī)器學(xué)習(xí)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(jī)器行為、人工生命等。這些構(gòu)成了智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科特有的認(rèn)識對象。

隨著智能材料不斷發(fā)展，其應(yīng)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(gè)包裝、一個(gè)產(chǎn)品或產(chǎn)品-包裝組合中，有一個(gè)集成化元件或一項(xiàng)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(chǎn)品包裝，或體現(xiàn)于產(chǎn)品本身。具體來講，智能包裝就是利用新型的包裝材料、結(jié)構(gòu)與形式對商品的質(zhì)量和流通安全性進(jìn)行積極干預(yù)與保障；利用信息收集、管理、控制與處理技術(shù)完成對運(yùn)輸包裝系統(tǒng)的優(yōu)化管理等。

智能包裝是一個(gè)多元學(xué)科交叉的應(yīng)用領(lǐng)域，材料科學(xué)、微電子學(xué)、現(xiàn)代控制理論、計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能等相關(guān)技術(shù)的進(jìn)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(zhì)量與安全、在供應(yīng)鏈中監(jiān)控產(chǎn)品性能的相關(guān)信息。智能包裝所賦予的功能遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)包裝，能夠增強(qiáng)對產(chǎn)品的保護(hù)，進(jìn)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(chǎn)品有效期、產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控），進(jìn)行商品管理與商品調(diào)配，保護(hù)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(shù)的主要類型有傳感器類 （生物傳感器、氣體傳感器）、指示標(biāo)簽類 （溫度、新鮮度）、數(shù)據(jù)載體類 （條碼、RFID標(biāo)簽）等。常用的智能包裝技術(shù)，既有基于化學(xué)、物理、生物原理的時(shí)間與溫度指示器（TTI），電驅(qū)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(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR），傳感器，導(dǎo)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(jié)構(gòu)型及信息型；如果按照智能包裝的主要應(yīng)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(yīng)用新型智能包裝材料，增加和提升包裝功能，以達(dá)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(xué)涂料試驗(yàn)中心和PA技術(shù)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(chǎn)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(fèi)產(chǎn)品的包裝，這種新型電池可像油墨一樣被“印刷”在產(chǎn)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(chǎn)品包裝來吸引消費(fèi)者。

智能標(biāo)簽

智能標(biāo)簽是一種典型的智能包裝，廣泛應(yīng)用于食品的儲存、運(yùn)輸和銷售領(lǐng)域。智能標(biāo)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(fèi)者的眼球，提高差異性，被消費(fèi)者接受；可以標(biāo)識包裝是否密封、完整；對于防假冒、辨真?zhèn)?、保護(hù)品牌、分析供應(yīng)鏈效率、跟蹤貨物等具有重要作用。常用的智能標(biāo)簽有：時(shí)間溫度指示器（TTI）、濕度顯示標(biāo)簽、包裝完整性指示器、新鮮度指示器包裝標(biāo)簽、氣敏指示器、防偽DNA標(biāo)簽、RFID標(biāo)簽、防傾倒標(biāo)簽、碰撞顯示標(biāo)簽、食品監(jiān)測標(biāo)簽、智能-物聯(lián)-標(biāo)簽-信息系統(tǒng)等。

1.時(shí)間-溫度指示標(biāo)簽（TTI），通常是基于時(shí)間和溫度累積化學(xué)變化效果的可變數(shù)據(jù)印刷來實(shí)現(xiàn)的，例如發(fā)生聚合反應(yīng)、光致變色反應(yīng)、氧化反應(yīng)等；或基于累積生物變化原理，如酶反應(yīng)、乳酸反應(yīng)等；或基于物理特性、過程引發(fā)的變化，如擴(kuò)散、熱致變色、光聲晶格變化等。時(shí)間-溫度指示標(biāo)簽利用以上原理或變化產(chǎn)生不可逆的變化，顯示出時(shí)間和溫度的累積效應(yīng)，通常多應(yīng)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(yīng)，可以直接指示出食品的微生物質(zhì)量。如熱致變色智能包裝，通過熱變色油墨來實(shí)現(xiàn)溫度的控制，為消費(fèi)者提供食品安全性、最佳溫度、產(chǎn)品真?zhèn)蔚扔嘘P(guān)信息。

光化學(xué)型時(shí)間-溫度指示標(biāo)簽（TTI），含有由染料、試劑和溶劑組成的熱致變色油墨，當(dāng)油墨吸收了一定波長的光后就會被激發(fā)，引起能量轉(zhuǎn)移和帶電粒子的產(chǎn)生，導(dǎo)致溶劑的溫度升高而逐漸解凍，并與染料聚合物反應(yīng)而引起顏色變化。

2.濕度顯示標(biāo)簽，通過自身顏色的變化來反映其所在包裝環(huán)境內(nèi)的濕度。被廣泛應(yīng)用于：光學(xué)設(shè)備、儀器儀表、電子元器件包裝、敏感組件等產(chǎn)品的包裝方案中。

3.新鮮度指示器包裝標(biāo)簽。食品安全指示包裝技術(shù)是國外食品包裝專家研究的熱點(diǎn)，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(fèi)者根據(jù)塑料片的顏色就能知道食品是否變質(zhì)。如芬蘭的VTT生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室研制的智能包裝指示劑，具有直接給出有關(guān)食品質(zhì)量、包裝和預(yù)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(yīng)直接指示出食品的微生物質(zhì)量。

4.射頻識別（RFID）標(biāo)簽，是智能包裝研發(fā)和應(yīng)用的熱點(diǎn)，具有可讀寫、反復(fù)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(yù)，芯片不易被偽造，在標(biāo)簽上可以對數(shù)據(jù)采取分級保密措施，數(shù)據(jù)在供應(yīng)鏈上的某些點(diǎn)可以讀取。RFID標(biāo)簽的芯片層可以用紙、PE、PET甚至紡織品等材料封裝并進(jìn)行印刷，制成不干膠貼紙、紙卡、吊標(biāo)或其他類型的標(biāo)簽。芯片不能承受印刷機(jī)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(fù)合、模切的工藝。使用導(dǎo)電油墨印制RFID天線，具有高效快速、成本低等特點(diǎn)，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(fù)合加工是RFID加工中的關(guān)鍵工序，不僅要求每個(gè)標(biāo)簽之間的尺寸不會因?yàn)閺埩ψ兓淖?，而且對于薄膜類材料，還要考慮拉伸變形造成的標(biāo)簽間距增加程度，并作適當(dāng)調(diào)整。射頻識別（RFID）標(biāo)簽，采用射頻識別技術(shù)，通過與讀寫器、數(shù)據(jù)交換和管理系統(tǒng)的共同作用實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識別、物品跟蹤和信息采集等功能，可以對食物進(jìn)行溯源式監(jiān)控，同時(shí)可以隨時(shí)掌握食品的儲存溫度、成熟度。如針對溫度敏感的紅酒儲運(yùn)環(huán)境監(jiān)控，可采用RFID標(biāo)簽，記錄時(shí)間-環(huán)境溫度，對原產(chǎn)地、存儲和酒品等信息進(jìn)行識別和產(chǎn)品質(zhì)量追溯。

智能包裝技術(shù)的研發(fā)與推廣是包裝行業(yè)發(fā)展的未來，雖然國內(nèi)已開發(fā)出適用于各種用途的RFID產(chǎn)品，但在包裝應(yīng)用上還未形成一定的規(guī)模。隨著生產(chǎn)成本的降低和生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)，在工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品包裝和商品流通領(lǐng)域，一個(gè)相當(dāng)大的零售和消費(fèi)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(biāo)簽

射頻標(biāo)簽