智能包裝技術(shù)

包裝論壇本欄自責任編輯蔣嘉智能包裝技術(shù)文/夏征(曲阜師范大學(xué)印刷學(xué)院)摘要:闌明了智能包裝的定義，詳細分析了智能包裝的兩個(gè)發(fā)展階段，井描述了智能包裝技術(shù)在國外和國內的應用現狀。針對目前國際流行的智能包裝，按照其技術(shù)的特點(diǎn)，分別將其分為:功能材料型智能包裝，功能結構型智能包裝，信息型智能包裝。射頻識別技術(shù)(RFID)的含義、特點(diǎn)、工作原理以及當前的應用狀況。關(guān)鍵詞:智能包裝、功能材料型智能包裝、功能結構型智能包裝、信息型智能包裝、射頻識別技術(shù)刊引言由此可見(jiàn)對于智能包裝來(lái)說(shuō)，主要是利用現代新材料技術(shù)、智能包裝是一種可以感應或測量環(huán)境和包裝產(chǎn)品質(zhì)量變化電子信息技術(shù)等手段收集包裝件的有關(guān)信息尤其是在運輸過(guò)程.并將信息傳遞給消費者或管理者的包裝新技術(shù)。近年為了保證中包裝件的質(zhì)量變化、環(huán)境條件、安全信息,達到可知、可控、可產(chǎn)品安全和流通過(guò)程中對產(chǎn)品質(zhì)量有效地監控和管理，以保證處理的目的，可以提高整個(gè)運輸包裝系統的管理效率。質(zhì)量和減少損失，將材料、化學(xué)物理、電子、光學(xué)和生物學(xué)等學(xué)二、智能包裝技術(shù)的發(fā)展與應用現狀科應用到包裝技術(shù)，發(fā)展成智能包裝或聰明包裝(intelligent(一)智能包裝技術(shù)的發(fā)展packaging或Smart packaging)體系。 本文從智能包裝的定第一代智能包裝:為了達到防偽、追蹤和防盜的效果，包裝義、分類(lèi)、在國內外的發(fā)展情況全面介紹幾種常用智能包裝技術(shù)技術(shù)中引入了光學(xué)特性一-例如全息代碼和條碼， 但是這些大多在包裝領(lǐng)域內的應用。只是一個(gè)老辦法的變異，磁學(xué)特性的引入一比如內嵌 的纖維和-、智能包裝的定義磁條也很難再被稱(chēng)為新技術(shù)了?！爸悄馨b"這一術(shù)語(yǔ)主要是用1992年在倫教召開(kāi)的“智能包裝”會(huì )議上給出了智能包裝于那些采用了機械、 電氣、電子和化學(xué)性能的包裝技術(shù)，因為這的定義:在一個(gè)包裝、一個(gè)產(chǎn)品或產(chǎn)品-包裝組合中,有一集成些技術(shù)出現得更晚， 也更智能化。機械的:例如自混合包裝;例化元件或一項固有特性，通過(guò)此類(lèi)元件或特性把符合特定要求如能在飲料中產(chǎn)生泡沫的小器具、高級的氣霧劑產(chǎn)品。電氣的:的職能成分賦予產(chǎn)品包裝的功能中，或體現于產(chǎn)品本身的使用例如用完即扔的電池測試標簽:電子的:例如麥當勞食物包裝袋中。具體來(lái)講，智能包裝就是利用新型的包裝材料、結構與形式上的導電油墨游戲?；瘜W(xué)的:例如兩種化學(xué)制劑，在釋放出來(lái)時(shí)對商品的質(zhì)量和流通安全性進(jìn)行積極干預與保障:利用信息收發(fā)生反應，比如環(huán)氧樹(shù)脂膠:盛在橡木容器中的酒:會(huì )散發(fā)出香集、管理、控制與處理技術(shù)完成對運輸包裝系統的優(yōu)化管理等。氣以達到促銷(xiāo)作用的香水包裝;可以更好保存食物的氣調包裝。2001年，歐洲12家食品包裝合作的研兗單位和食品企業(yè)在只利用一種技術(shù)的包裝可以被稱(chēng)為第 -代智能包裝。這樣的包“活性包裝和智能包裝的效果、對經(jīng)濟環(huán)境沖擊和消費者接受裝方式包括一個(gè)更廣大的范圍，我們已經(jīng)看到多種功能歸入同程度(ACTIPAK-FAIR CT98- 4170)"的研究項目中提出活性包-種技術(shù)的例子，比如無(wú)線(xiàn)射頻識別(RFID)標簽用在圖書(shū)館裝和智能包裝的定義分別為:活性包裝是改變食品保存條件而DVD光盤(pán)防盜標簽上,執行電子商品防盜系統功能(EAS)。延長(cháng)貨架期或改善食品安全與感官質(zhì)量的包裝技術(shù)。智能包裝第二代智能包裝:這種智能標簽結合了兩種乃至更多的機是在產(chǎn)品流通與銷(xiāo)售過(guò)程中監測包裝食品環(huán)境條件和獲取食品械、電器、電子和化學(xué)等領(lǐng)域的原理。這種結合的力量異常強質(zhì)量與安全信息包裝技術(shù)。大,具有更強更特別的效果。機械+電子:包裝藥品的泡沫塑料智能包裝體系的各項技術(shù)是通過(guò)檢測包裝環(huán)境條件變化容中國煤化工!(Aardex公司);包裝在檢(溫度-時(shí)間)、包裝泄漏(02或C02)和食品質(zhì)量變化(鮮度、微生MHCN M H G于商店展示帶鎖的DVD包物或病原微生物)等手段來(lái)監控和傳遞產(chǎn)品的質(zhì)量信息，提高管裝量，避況里國的EA)懷查去大(v-Tech公司)。機械+化學(xué):理效率，減少損失和保證產(chǎn)品質(zhì)量和安全。Harpic品牌的動(dòng)力噴射式水槽清潔氣霧劑也可用來(lái)吹走水道堵塞物(Reckitt Benkiser公司)。 機械+電氣:靜電氣霧劑可以將得了許 多令人可喜的成績(jì)?；瘖y品均勻地涂抹到面部皮膚上(寶潔日本公司)?；瘜W(xué)+電子:智能包裝技術(shù)方面,中國農業(yè)大學(xué)已成功開(kāi)發(fā)用于新鮮豬自冷卻包裝可以在溫度合適時(shí)作出提示;包裝在探測到附近有肉的TI標簽， 但還沒(méi)有得 到大量的應用:無(wú)線(xiàn)射頻識別電子標顧客時(shí)會(huì )散發(fā)出香氣;生物傳感器和印刷電路協(xié)同監控供應鏈簽(RF ID)雖然在2007年開(kāi)始用于月餅產(chǎn)品,但還未普及到其他中食物的滯留時(shí)間和溫度的變化(Bioett公司);有生物傳感器食品。 其他智能包裝體系如鮮度指示、病源微生物指示等也在的RFID標簽可以檢測并識別病菌和有毒物質(zhì)?；瘜W(xué)+電氣:第一進(jìn)行研究, 上海海洋大學(xué)新開(kāi)發(fā)的快速檢測食品新鮮度的"電子代皮膚貼利用電學(xué)原理加速皮膚對藥物的吸收(Power Paper鼻" 和檢測致病菌的“生態(tài)芯片"技術(shù)如進(jìn)-步用于食品包裝，公司)?；瘜W(xué)+電氣+電子:第二代皮膚貼具有上面第一代皮膚貼將有助于我國智能包裝技術(shù)發(fā)展。的作用，而且它還可以制定時(shí)間間隔，間歇式發(fā)生作用。第二代三、 智能包裝的分類(lèi)皮膚貼還沒(méi)有相應的產(chǎn)品出售,如果它隨藥物配送的話(huà)，就可以智能包裝包括:功能材料型智能包裝、功能結構型智能包裝避免因無(wú)法吸收而帶來(lái)的藥物淩費,對患者來(lái)說(shuō)也很方便。及信息型智能包裝。它具體體現為:利用新型的包裝材料、結構(二)國外智能包裝技術(shù)現狀與形式對商品的質(zhì)量和流通安全性進(jìn)行積極干預與保障:利用近年來(lái),材料科學(xué)、現代控制技術(shù)、計算機技術(shù)與人工智能信息收集、 管理、控制與處理技術(shù)完成對運輸包裝系統的優(yōu)化管等相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步,帶動(dòng)了智能包裝的飛速的發(fā)展，據國外調查理等。分析,預計到2011年，全球智能包裝產(chǎn)值將增長(cháng)至48億美元，(一)功能材料型智能包裝技術(shù)的特點(diǎn)與發(fā)展2013年將增長(cháng)至141億美元。其中，美國在智能包裝方面發(fā)展迅功能材料型智能包裝是指通過(guò)應用新型智能包裝材料,改速，智能包裝市場(chǎng)每年的增長(cháng)率為13%,估計到2011年產(chǎn)量將善 和增加包裝的功能，以達到和完成特定包裝的目的。目前,研達11億美元。制的材料型智能包裝,通常采用光電、溫敏、濕敏、氣敏等功能美國開(kāi)發(fā)了很多實(shí)用的功能材料型智能包裝新成果，如光學(xué)材料, 對環(huán)境因素具有“識別"和“判斷”功能的包裝。包裝材料涂料試驗中心和PA技術(shù)公司研制出一種在外力作用下會(huì )變色的復合 制成，它可以識別和顯示包裝微空間的溫度、濕度、壓力以塑料薄膜，膜上涂有不同波長(cháng)的反向于涉涂層，在正常情況下涂及密封的程度、 時(shí)間等一些重要參數。這是一種很有發(fā)展前途層呈明亮色彩，一旦被動(dòng)用，涂層便開(kāi)始剝落，薄膜變成灰色，的功能包裝，對于需長(cháng)期貯存的包裝產(chǎn)品尤為重要。剝落部分還會(huì )產(chǎn)生花紋,從而提供了此包裝曾啟封過(guò)的警示信(二)功能結構型智能包裝技術(shù)的特點(diǎn)與發(fā)展號。這種材料很適合作包裝封記。美國國際造紙公司采用以色列功能結構型智能包裝是指通過(guò)增加或改進(jìn)部分包裝結構，能量紙公司(Power Paper) 開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種超薄柔軟電池， 用而使包 裝具有某些特殊功能和智能型特點(diǎn)。功能結構的改進(jìn)往于-些消費產(chǎn)品的包裝，這種新型電池可像油墨一樣被“印刷”往從包裝的安全性、可靠性和部分自動(dòng)功能入手進(jìn)行,這種結構在產(chǎn)品的包裝上，使之增加燈光、聲音,以及其他一些特殊效上的變化使 包裝的商品使用更加安全和方便簡(jiǎn)潔。果，可讓制造商更有效地通過(guò)產(chǎn)品包裝來(lái)吸引消費者。此外，美(三)信息型智能包裝技術(shù)的特點(diǎn)與發(fā)展國在功能結構型智能包裝方面也有比較大的發(fā)展。信息型智能包裝技術(shù)主要是指以反映包裝內容物及其內在芬蘭的VTT生物技術(shù)實(shí)驗室研制的智能包裝指示劑引起了很品 質(zhì)和運輸、銷(xiāo)售過(guò)程信息為主的新型技術(shù)。這項技術(shù)包括兩方大反響。這種指示劑的關(guān)鍵意義在于具有直接給出有關(guān)食品質(zhì)面:其- - ,商品在倉儲、運輸、銷(xiāo)售期間，周?chē)h(huán)境對其內在質(zhì)量量、包裝和預留空間氣體、包裝的貯藏條件等信息的能力。保鮮影響的信息記錄與表現: 其二,商品生產(chǎn)信息和銷(xiāo)售分布信息的指示劑通過(guò)對微生物生長(cháng)期新陳代射的反應直接指示出食品的記錄。 記錄和反映這些信息的技術(shù)涉及化學(xué)、微生物、動(dòng)力學(xué)和微生物質(zhì)量。氣調包裝就是一種典型的智能包裝，起源可追溯到電子技術(shù)。 信息型智能包裝技術(shù)是最有發(fā)展活力和前景的包裝20世紀30年代。1955年美國Gerhard國家研究中心植物生理實(shí)技術(shù)之一。驗室的馬爾塞蘭開(kāi)始研究各種PE膜貯藏各種水果,并對貯藏環(huán)四、 射頻識別(RFID)技術(shù)與應用境中的氧和二氧化碳的變化作了系統的研究。20世紀70年代以RF ID技術(shù)是智能包裝中應用的熱點(diǎn)，通過(guò)射頻信號自動(dòng)識后，氣調包裝開(kāi)始大規模的應用于商業(yè)領(lǐng)域。別目標對象并獲取相關(guān)數據。RFID芯片不易被偽造，在標簽上可(三)國內智能包裝技術(shù)現狀以對數據采取分級保密措施，數據在供應鏈上的某些點(diǎn)可以讀我國對功能材料型智能包裝、功能結構型智能包裝方面的取研究相對較晚，尤其是氣調包裝。我國氣調保鮮技術(shù)雖然起步(- )射頻識別(RFID)的含義比較晚，但是發(fā)展迅速。20世紀90年代以來(lái),隨著(zhù)人們對食品氣RFIO是Radio Frequency Identification的縮寫(xiě)， 通常稱(chēng)調貯藏的認識逐步提高，我國的食品氣調貯藏已經(jīng)占果實(shí)貯藏為電子標簽 一種非培觸式的自動(dòng)識別姑術(shù)，通過(guò)射頻信號自動(dòng)總量的百分之十幾。但氣調包裝的普及與推廣應用還需要一個(gè)過(guò)識別目標中國煤化工片、天線(xiàn)等組成的程。盡管我國在智能包裝的技術(shù)研發(fā)水平和應用領(lǐng)域還存在一射 頻電路:YHC N M H G電路具有商業(yè)化的外些不足，但隨著(zhù)我國科技力量的不斷提升，我們在某些方面也取衣。(二) RFID標簽的特點(diǎn)地點(diǎn)、何時(shí)入場(chǎng)、座位區域等信息,使奧運賽場(chǎng)的安全秩序管理RFID標簽具有可讀寫(xiě)、反復使用和耐高溫、不怕污染等傳更 加方便。奧運會(huì )電子門(mén)票還應用了由清華大學(xué)、同方微電子統條形碼所不具備的優(yōu)勢，處理數據過(guò)程無(wú)需人工干預。公司共同研制的中國最小尺寸的RFID芯片，該芯片最小面積為(三) RFID的基本工作原理0.3mm,厚度最小為50μm,可嵌入紙張內,最遠識別距離在5m標簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應電左右。 美國食品藥品監督管理局(FDA)已經(jīng)提倡使用RF ID作為流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息(無(wú)源標簽或藥品防偽的手段之一; 全球首條集裝箱電子標簽國際航線(xiàn)誕生于被動(dòng)標簽),或者主動(dòng)發(fā)送某-頻率的信號(有源標簽或主動(dòng)標上海，對整個(gè)航運業(yè)產(chǎn)生了深遠的影響:中國第-張“RFID手機簽);解讀器讀取信息并解碼后,送至中央信息系統進(jìn)行有關(guān)數地鐵票" 在廣州正式試用:國家數字圖書(shū)館、武漢圖書(shū)館RFID項據處理。最基本的RFID系統由標簽、閱讀器、天線(xiàn)三部分組成。目成功啟動(dòng)。芬歐藍泰投資1億元在廣州興建了其世界最大的電RFID芯片是非常不易被偽造的，在標簽上可以對數據采取分級子標簽 生產(chǎn)基地來(lái)強化與中國電子標簽使用者、系統集成商的保密措施,數據在供應鏈上的某些點(diǎn)可以讀取。聯(lián)系。結果有效地提高了其對中國大陸市場(chǎng)的影響力，同時(shí)也輻(四) RFID與傳統標簽印制技術(shù)的區別射了整個(gè)亞太地區。市場(chǎng)的快速形成與成長(cháng)，勢必導致智能包裝從印刷的角度來(lái)看: RFID的芯片層可以用紙、PE、PET甚至的迅猛發(fā)展。 據專(zhuān)家預測，到2015年全球預計每年將需要約1萬(wàn).紡織品等材料封裝并進(jìn)行印刷，制成不干膠貼紙、紙卡、吊標或億枚射頻標簽, 其中大多數將是用在智能包裝上。沃爾瑪公司已其他類(lèi)型的標簽，芯片是RFID的關(guān)鍵，由其特殊的結構決定,不經(jīng)要 求前100家大供貨商2006年開(kāi)始,所有運到主要集散工廠(chǎng)能承受印刷機的壓力，所以，除噴墨印刷外，-般是采用先印刷的產(chǎn) 品和各個(gè)經(jīng)銷(xiāo)點(diǎn)的產(chǎn)品都要配有或使用RFID標識。德國麥面層，再與芯片層復合、模切的工藝。德龍集團于2004年11月開(kāi)始大規模地擴展RF ID的應用試驗一RFID電子標簽以絲網(wǎng)印刷為首選，使用導電油墨，而印刷導“未來(lái)超市"。許多大應用系統開(kāi)發(fā)商如Sun、SAP、0racie、電油墨較好的絲網(wǎng)是鎳箔穿孔網(wǎng),屬于高技術(shù)絲網(wǎng)，由鎳箔鉆孔IBM、 Microsoft等 公司已經(jīng)看到RFID (射頻識別)技術(shù)的商機，而成箔網(wǎng)，網(wǎng)孔呈六角形，也可用電解成形法制成圓孔形。整個(gè)紛紛 在其產(chǎn)品中集成RFID技術(shù)以滿(mǎn)足未來(lái)這方面的巨大需求。網(wǎng)面平整勻薄，能極大地提高印跡的穩定性和精密性,用于印僅僅從RFID的需求就可以看到智能包裝的巨大的市場(chǎng)及其潛在刷導電油墨、晶片及集成電路等高技術(shù)產(chǎn)品效果較好,能分辨的機遇。0.1mm的電路線(xiàn)間隔、定位精度可達0.01mm。導電油墨的應用:五、結論導電油墨可在UV油墨、柔版水性油墨或特殊膠印油墨中加入可智能型包裝技術(shù)是集合了多元知識基礎的新興技術(shù)分支。導電的載體,使油墨具有導電性。導電油墨主要由導電填料、連創(chuàng )造性設計和人本位 思想則是“智能化包裝"技術(shù)的精髓。包裝接劑、添加劑、溶劑等組成:導電油墨是-種功能性油墨，在印智 能化技術(shù)的出現使商品及其包裝對于人類(lèi)更具有親和力，使商.刷中主要有碳漿、銀漿等導電油墨;在RFID印制中，導電油墨主務(wù)信息的人機交互式溝通更為簡(jiǎn)捷。智能型包裝在保護消費者要用于印制RFID天線(xiàn)，替代傳統的壓箔法或腐蝕法制作的金屬權益與人身安全、 保護市場(chǎng)正常秩序、方便商務(wù)電子化、開(kāi)發(fā)新天線(xiàn)。優(yōu)點(diǎn):印刷方法高效快速，是印刷天線(xiàn)和電路中首選的既穎的產(chǎn) 品消費形式方面將起到其重要的作用，具有極廣闊的發(fā)快又便宜的方法;導電油墨的原材料成本要低于傳統的金屬天展前景。線(xiàn)。獨特的工藝要求:高成品率、厚紙印刷和復合加工。RFID價(jià)目前，智能包裝技術(shù)在世界各國的應用還剛剛開(kāi)始，有些技值高、利潤高,印刷品高成品率尤為重要。尤其是許多產(chǎn)品都要術(shù)還處 于實(shí)驗和研究階段?？梢哉f(shuō)，這項技術(shù)同時(shí)處于起步階求多色UV墨印刷、上光、涂布,印量大的標簽大多數還采用卷筒段。 如何抓住這個(gè)機遇，發(fā)展我國的包裝事業(yè)，提升我國包裝的紙或無(wú)接縫印刷(通花)等方式加工，由于加工工序多,也加大技術(shù)含量, 以適應新形式下國際經(jīng)濟形式的要求，是每一個(gè)包了成品的篩選難，度。印制卡紙要有良好的印刷適性,應保持張力裝 人士所面臨的問(wèn)題。隨著(zhù)時(shí)代的變遷，商品種類(lèi)更加繁多復穩定，使累計套印誤差降到最小。因此,如果每個(gè)畫(huà)面都套印很雜，包裝所肩負的功能也越來(lái)越多。高新技術(shù)的浪潮將包裝推向準,但是畫(huà)面之間的間距產(chǎn)生誤差較大，也會(huì )給RF ID印刷后的復了更高的發(fā)展境界,發(fā)展智能化包裝是歷史必然。英世界合和模切工序造成麻煩。復合加工是RFID加工中的關(guān)鍵工序,不僅要求每個(gè)標簽之間的尺寸不會(huì )因為張力變化而改變，而且對于作者簡(jiǎn)介: 夏征,山東省曲阜師范大學(xué)印刷學(xué)院。薄膜類(lèi)材料,還要考慮拉伸變形造成標簽間距增加程度，并做適當調整。(五)RFID技術(shù)典型應用案例在科技奧運的理念作用下，電子門(mén)票作為奧運會(huì )科技亮點(diǎn)備受媒體青睞。許多旅游景點(diǎn)、演出會(huì )、運動(dòng)會(huì )都將開(kāi)始規模中國煤化工化應用電子標簽門(mén)票。RFID技術(shù)的應用提高了奧運門(mén)票的防偽MHCNMHG能力與檢票速度。另外，奧運門(mén)票還詳細記錄門(mén)票的購票時(shí)間、..