智能包装技术

包装论坛本栏自责任编辑蒋嘉智能包装技术文/夏征(曲阜师范大学印刷学院)摘要:阑明了智能包装的定义，详细分析了智能包装的两个发展阶段，井描述了智能包装技术在国外和国内的应用现状。针对目前国际流行的智能包装，按照其技术的特点，分别将其分为:功能材料型智能包装，功能结构型智能包装，信息型智能包装。射频识别技术(RFID)的含义、特点、工作原理以及当前的应用状况。关键词:智能包装、功能材料型智能包装、功能结构型智能包装、信息型智能包装、射频识别技术刊引言由此可见对于智能包装来说，主要是利用现代新材料技术、智能包装是一种可以感应或测量环境和包装产品质量变化电子信息技术等手段收集包装件的有关信息尤其是在运输过程.并将信息传递给消费者或管理者的包装新技术。近年为了保证中包装件的质量变化、环境条件、安全信息,达到可知、可控、可产品安全和流通过程中对产品质量有效地监控和管理，以保证处理的目的，可以提高整个运输包装系统的管理效率。质量和减少损失，将材料、化学物理、电子、光学和生物学等学二、智能包装技术的发展与应用现状科应用到包装技术，发展成智能包装或聪明包装(intelligent(一)智能包装技术的发展packaging或Smart packaging)体系。 本文从智能包装的定第一代智能包装:为了达到防伪、追踪和防盗的效果，包装义、分类、在国内外的发展情况全面介绍几种常用智能包装技术技术中引入了光学特性一-例如全息代码和条码， 但是这些大多在包装领域内的应用。只是一个老办法的变异，磁学特性的引入一比如内嵌 的纤维和-、智能包装的定义磁条也很难再被称为新技术了。“智能包装"这一术语主要是用1992年在伦教召开的“智能包装”会议上给出了智能包装于那些采用了机械、 电气、电子和化学性能的包装技术，因为这的定义:在一个包装、一个产品或产品-包装组合中,有一集成些技术出现得更晚， 也更智能化。机械的:例如自混合包装;例化元件或一项固有特性，通过此类元件或特性把符合特定要求如能在饮料中产生泡沫的小器具、高级的气雾剂产品。电气的:的职能成分赋予产品包装的功能中，或体现于产品本身的使用例如用完即扔的电池测试标签:电子的:例如麦当劳食物包装袋中。具体来讲，智能包装就是利用新型的包装材料、结构与形式上的导电油墨游戏。化学的:例如两种化学制剂，在释放出来时对商品的质量和流通安全性进行积极干预与保障:利用信息收发生反应，比如环氧树脂胶:盛在橡木容器中的酒:会散发出香集、管理、控制与处理技术完成对运输包装系统的优化管理等。气以达到促销作用的香水包装;可以更好保存食物的气调包装。2001年，欧洲12家食品包装合作的研兖单位和食品企业在只利用一种技术的包装可以被称为第 -代智能包装。这样的包“活性包装和智能包装的效果、对经济环境冲击和消费者接受装方式包括一个更广大的范围，我们已经看到多种功能归入同程度(ACTIPAK-FAIR CT98- 4170)"的研究项目中提出活性包-种技术的例子，比如无线射频识别(RFID)标签用在图书馆装和智能包装的定义分别为:活性包装是改变食品保存条件而DVD光盘防盗标签上,执行电子商品防盗系统功能(EAS)。延长货架期或改善食品安全与感官质量的包装技术。智能包装第二代智能包装:这种智能标签结合了两种乃至更多的机是在产品流通与销售过程中监测包装食品环境条件和获取食品械、电器、电子和化学等领域的原理。这种结合的力量异常强质量与安全信息包装技术。大,具有更强更特别的效果。机械+电子:包装药品的泡沫塑料智能包装体系的各项技术是通过检测包装环境条件变化容中国煤化工!(Aardex公司);包装在检(温度-时间)、包装泄漏(02或C02)和食品质量变化(鲜度、微生MHCN M H G于商店展示带锁的DVD包物或病原微生物)等手段来监控和传递产品的质量信息，提高管装量，避况里国的EA)怀查去大(v-Tech公司)。机械+化学:理效率，减少损失和保证产品质量和安全。Harpic品牌的动力喷射式水槽清洁气雾剂也可用来吹走水道堵塞物(Reckitt Benkiser公司)。 机械+电气:静电气雾剂可以将得了许 多令人可喜的成绩。化妆品均匀地涂抹到面部皮肤上(宝洁日本公司)。化学+电子:智能包装技术方面,中国农业大学已成功开发用于新鲜猪自冷却包装可以在温度合适时作出提示;包装在探测到附近有肉的TI标签， 但还没有得 到大量的应用:无线射频识别电子标顾客时会散发出香气;生物传感器和印刷电路协同监控供应链签(RF ID)虽然在2007年开始用于月饼产品,但还未普及到其他中食物的滞留时间和温度的变化(Bioett公司);有生物传感器食品。 其他智能包装体系如鲜度指示、病源微生物指示等也在的RFID标签可以检测并识别病菌和有毒物质。化学+电气:第一进行研究, 上海海洋大学新开发的快速检测食品新鲜度的"电子代皮肤贴利用电学原理加速皮肤对药物的吸收(Power Paper鼻" 和检测致病菌的“生态芯片"技术如进-步用于食品包装，公司)。化学+电气+电子:第二代皮肤贴具有上面第一代皮肤贴将有助于我国智能包装技术发展。的作用，而且它还可以制定时间间隔，间歇式发生作用。第二代三、 智能包装的分类皮肤贴还没有相应的产品出售,如果它随药物配送的话，就可以智能包装包括:功能材料型智能包装、功能结构型智能包装避免因无法吸收而带来的药物淩费,对患者来说也很方便。及信息型智能包装。它具体体现为:利用新型的包装材料、结构(二)国外智能包装技术现状与形式对商品的质量和流通安全性进行积极干预与保障:利用近年来,材料科学、现代控制技术、计算机技术与人工智能信息收集、 管理、控制与处理技术完成对运输包装系统的优化管等相关技术的进步,带动了智能包装的飞速的发展，据国外调查理等。分析,预计到2011年，全球智能包装产值将增长至48亿美元，(一)功能材料型智能包装技术的特点与发展2013年将增长至141亿美元。其中，美国在智能包装方面发展迅功能材料型智能包装是指通过应用新型智能包装材料,改速，智能包装市场每年的增长率为13%,估计到2011年产量将善 和增加包装的功能，以达到和完成特定包装的目的。目前,研达11亿美元。制的材料型智能包装,通常采用光电、温敏、湿敏、气敏等功能美国开发了很多实用的功能材料型智能包装新成果，如光学材料, 对环境因素具有“识别"和“判断”功能的包装。包装材料涂料试验中心和PA技术公司研制出一种在外力作用下会变色的复合 制成，它可以识别和显示包装微空间的温度、湿度、压力以塑料薄膜，膜上涂有不同波长的反向于涉涂层，在正常情况下涂及密封的程度、 时间等一些重要参数。这是一种很有发展前途层呈明亮色彩，一旦被动用，涂层便开始剥落，薄膜变成灰色，的功能包装，对于需长期贮存的包装产品尤为重要。剥落部分还会产生花纹,从而提供了此包装曾启封过的警示信(二)功能结构型智能包装技术的特点与发展号。这种材料很适合作包装封记。美国国际造纸公司采用以色列功能结构型智能包装是指通过增加或改进部分包装结构，能量纸公司(Power Paper) 开发出来的一种超薄柔软电池， 用而使包 装具有某些特殊功能和智能型特点。功能结构的改进往于-些消费产品的包装，这种新型电池可像油墨一样被“印刷”往从包装的安全性、可靠性和部分自动功能入手进行,这种结构在产品的包装上，使之增加灯光、声音,以及其他一些特殊效上的变化使 包装的商品使用更加安全和方便简洁。果，可让制造商更有效地通过产品包装来吸引消费者。此外，美(三)信息型智能包装技术的特点与发展国在功能结构型智能包装方面也有比较大的发展。信息型智能包装技术主要是指以反映包装内容物及其内在芬兰的VTT生物技术实验室研制的智能包装指示剂引起了很品 质和运输、销售过程信息为主的新型技术。这项技术包括两方大反响。这种指示剂的关键意义在于具有直接给出有关食品质面:其- - ,商品在仓储、运输、销售期间，周围环境对其内在质量量、包装和预留空间气体、包装的贮藏条件等信息的能力。保鲜影响的信息记录与表现: 其二,商品生产信息和销售分布信息的指示剂通过对微生物生长期新陈代射的反应直接指示出食品的记录。 记录和反映这些信息的技术涉及化学、微生物、动力学和微生物质量。气调包装就是一种典型的智能包装，起源可追溯到电子技术。 信息型智能包装技术是最有发展活力和前景的包装20世纪30年代。1955年美国Gerhard国家研究中心植物生理实技术之一。验室的马尔塞兰开始研究各种PE膜贮藏各种水果,并对贮藏环四、 射频识别(RFID)技术与应用境中的氧和二氧化碳的变化作了系统的研究。20世纪70年代以RF ID技术是智能包装中应用的热点，通过射频信号自动识后，气调包装开始大规模的应用于商业领域。别目标对象并获取相关数据。RFID芯片不易被伪造，在标签上可(三)国内智能包装技术现状以对数据采取分级保密措施，数据在供应链上的某些点可以读我国对功能材料型智能包装、功能结构型智能包装方面的取研究相对较晚，尤其是气调包装。我国气调保鲜技术虽然起步(- )射频识别(RFID)的含义比较晚，但是发展迅速。20世纪90年代以来,随着人们对食品气RFIO是Radio Frequency Identification的缩写， 通常称调贮藏的认识逐步提高，我国的食品气调贮藏已经占果实贮藏为电子标签 一种非培触式的自动识别姑术，通过射频信号自动总量的百分之十几。但气调包装的普及与推广应用还需要一个过识别目标中国煤化工片、天线等组成的程。尽管我国在智能包装的技术研发水平和应用领域还存在一射 频电路:YHC N M H G电路具有商业化的外些不足，但随着我国科技力量的不断提升，我们在某些方面也取衣。(二) RFID标签的特点地点、何时入场、座位区域等信息,使奥运赛场的安全秩序管理RFID标签具有可读写、反复使用和耐高温、不怕污染等传更 加方便。奥运会电子门票还应用了由清华大学、同方微电子统条形码所不具备的优势，处理数据过程无需人工干预。公司共同研制的中国最小尺寸的RFID芯片，该芯片最小面积为(三) RFID的基本工作原理0.3mm,厚度最小为50μm,可嵌入纸张内,最远识别距离在5m标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电左右。 美国食品药品监督管理局(FDA)已经提倡使用RF ID作为流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(无源标签或药品防伪的手段之一; 全球首条集装箱电子标签国际航线诞生于被动标签),或者主动发送某-频率的信号(有源标签或主动标上海，对整个航运业产生了深远的影响:中国第-张“RFID手机签);解读器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数地铁票" 在广州正式试用:国家数字图书馆、武汉图书馆RFID项据处理。最基本的RFID系统由标签、阅读器、天线三部分组成。目成功启动。芬欧蓝泰投资1亿元在广州兴建了其世界最大的电RFID芯片是非常不易被伪造的，在标签上可以对数据采取分级子标签 生产基地来强化与中国电子标签使用者、系统集成商的保密措施,数据在供应链上的某些点可以读取。联系。结果有效地提高了其对中国大陆市场的影响力，同时也辐(四) RFID与传统标签印制技术的区别射了整个亚太地区。市场的快速形成与成长，势必导致智能包装从印刷的角度来看: RFID的芯片层可以用纸、PE、PET甚至的迅猛发展。 据专家预测，到2015年全球预计每年将需要约1万.纺织品等材料封装并进行印刷，制成不干胶贴纸、纸卡、吊标或亿枚射频标签, 其中大多数将是用在智能包装上。沃尔玛公司已其他类型的标签，芯片是RFID的关键，由其特殊的结构决定,不经要 求前100家大供货商2006年开始,所有运到主要集散工厂能承受印刷机的压力，所以，除喷墨印刷外，-般是采用先印刷的产 品和各个经销点的产品都要配有或使用RFID标识。德国麦面层，再与芯片层复合、模切的工艺。德龙集团于2004年11月开始大规模地扩展RF ID的应用试验一RFID电子标签以丝网印刷为首选，使用导电油墨，而印刷导“未来超市"。许多大应用系统开发商如Sun、SAP、0racie、电油墨较好的丝网是镍箔穿孔网,属于高技术丝网，由镍箔钻孔IBM、 Microsoft等 公司已经看到RFID (射频识别)技术的商机，而成箔网，网孔呈六角形，也可用电解成形法制成圆孔形。整个纷纷 在其产品中集成RFID技术以满足未来这方面的巨大需求。网面平整匀薄，能极大地提高印迹的稳定性和精密性,用于印仅仅从RFID的需求就可以看到智能包装的巨大的市场及其潜在刷导电油墨、晶片及集成电路等高技术产品效果较好,能分辨的机遇。0.1mm的电路线间隔、定位精度可达0.01mm。导电油墨的应用:五、结论导电油墨可在UV油墨、柔版水性油墨或特殊胶印油墨中加入可智能型包装技术是集合了多元知识基础的新兴技术分支。导电的载体,使油墨具有导电性。导电油墨主要由导电填料、连创造性设计和人本位 思想则是“智能化包装"技术的精髓。包装接剂、添加剂、溶剂等组成:导电油墨是-种功能性油墨，在印智 能化技术的出现使商品及其包装对于人类更具有亲和力，使商.刷中主要有碳浆、银浆等导电油墨;在RFID印制中，导电油墨主务信息的人机交互式沟通更为简捷。智能型包装在保护消费者要用于印制RFID天线，替代传统的压箔法或腐蚀法制作的金属权益与人身安全、 保护市场正常秩序、方便商务电子化、开发新天线。优点:印刷方法高效快速，是印刷天线和电路中首选的既颖的产 品消费形式方面将起到其重要的作用，具有极广阔的发快又便宜的方法;导电油墨的原材料成本要低于传统的金属天展前景。线。独特的工艺要求:高成品率、厚纸印刷和复合加工。RFID价目前，智能包装技术在世界各国的应用还刚刚开始，有些技值高、利润高,印刷品高成品率尤为重要。尤其是许多产品都要术还处 于实验和研究阶段。可以说，这项技术同时处于起步阶求多色UV墨印刷、上光、涂布,印量大的标签大多数还采用卷筒段。 如何抓住这个机遇，发展我国的包装事业，提升我国包装的纸或无接缝印刷(通花)等方式加工，由于加工工序多,也加大技术含量, 以适应新形式下国际经济形式的要求，是每一个包了成品的筛选难，度。印制卡纸要有良好的印刷适性,应保持张力装 人士所面临的问题。随着时代的变迁，商品种类更加繁多复稳定，使累计套印误差降到最小。因此,如果每个画面都套印很杂，包装所肩负的功能也越来越多。高新技术的浪潮将包装推向准,但是画面之间的间距产生误差较大，也会给RF ID印刷后的复了更高的发展境界,发展智能化包装是历史必然。英世界合和模切工序造成麻烦。复合加工是RFID加工中的关键工序,不仅要求每个标签之间的尺寸不会因为张力变化而改变，而且对于作者简介: 夏征,山东省曲阜师范大学印刷学院。薄膜类材料,还要考虑拉伸变形造成标签间距增加程度，并做适当调整。(五)RFID技术典型应用案例在科技奥运的理念作用下，电子门票作为奥运会科技亮点备受媒体青睐。许多旅游景点、演出会、运动会都将开始规模中国煤化工化应用电子标签门票。RFID技术的应用提高了奥运门票的防伪MHCNMHG能力与检票速度。另外，奥运门票还详细记录门票的购票时间、..