智能包装与智能标签纵览

文/许文才

智能包装的内涵

智能包装的发展与智能结构的发展是分不开的。20世纪50年代，人们提出了“智能结构”的概念，当时把它称为自适应系统。在智能结构发展过程中，人们意识到智能结构的发展越来越需要智能材料的研究与开发。于是在20世纪80年代，人们又提出了“智能材料”的概念。近年来形成的“智能科学与技术”，是以人工智能理论和方法为核心，研究如何用计算机去模拟、延伸和扩展人的智能，设计和建造具有高智能水平的计算机应用系统。一个完整的智能行为周期为：从机器感知到知识表达；从机器学习到知识发现；从搜索推理到规划决策；从智能交互到机器行为、人工生命等。这些构成了智能科学与技术学科特有的认识对象。

随着智能材料不断发展，其应用范围拓展到了包装，于是出现了“智能包装”的概念。1992年在伦敦召开的“智能包装”会议上给出了对智能包装的定义：在一个包装、一个产品或产品-包装组合中，有一个集成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的职能成分赋予产品包装，或体现于产品本身。具体来讲，智能包装就是利用新型的包装材料、结构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理等。

智能包装是一个多元学科交叉的应用领域，材料科学、微电子学、现代控制理论、计算机科学与人工智能等相关技术的进步，带动了智能包装的飞速发展。美国在智能包装方面发展迅速，每年市场增长率超过13%。

智能包装的主要作用是延长货架期、保障包装质量与安全、在供应链中监控产品性能的相关信息。智能包装所赋予的功能远超过传统包装，能够增强对产品的保护，进行动态与交互式信息传递和通讯（感知、检测、定位、跟踪、发布信息），检测与控制包装物所处环境（产品有效期、产品质量监控），进行商品管理与商品调配，保护品牌、保障包装安全，便于包装与购买者交互交流。

智能包装的主要类型

新型RFID葡萄糖探测器

安装在牙齿上的微型传感器

智能包装技术的主要类型有传感器类 （生物传感器、气体传感器）、指示标签类 （温度、新鲜度）、数据载体类 （条码、RFID标签）等。常用的智能包装技术，既有基于化学、物理、生物原理的时间与温度指示器（TTI），电驱动的智能包装单元（射频识别/RFID），近场通讯（NFC），印刷与柔性电子，还有增强现实（AR），传感器，导电油墨印刷，柔性电池等。

智能包装的分类方法主要有两种。如果按工作原理来分类，可将智能包装分为：功能材料型、功能结构型及信息型；如果按照智能包装的主要应用范围来分类，可将智能包装分为：食品类、药物类和化妆品类等等。

功能材料型智能包装是指通过应用新型智能包装材料，增加和提升包装功能，以达到特定包装的目的。如通过采用光电、温敏、湿敏、气敏等功能材料，而具有“识别”和“判断”环境因素功能的包装就是典型的材料型智能包装。

美国光学涂料试验中心和PA技术公司研制出一种在外力作用下会变色的塑料薄膜，膜上涂有不同波长的反向干涉涂层，在正常情况下涂层呈明亮色彩，一旦被动用，涂层便开始剥落，薄膜变成灰色，剥落部分还会产生花纹，从而发出的警示信号。这种材料很适合包装防伪。国际造纸公司采用以色列能量纸公司（Power Paper）开发出来的一种超薄柔软电池，用于一些消费产品的包装，这种新型电池可像油墨一样被“印刷”在产品的包装上，使之增加灯光、声音，以及其他一些特殊效果，可让制造商更有效地通过产品包装来吸引消费者。

智能标签

智能标签是一种典型的智能包装，广泛应用于食品的储存、运输和销售领域。智能标签使用便利，可以提升品牌，增加趣味性、娱乐性、新颖性，容易吸引消费者的眼球，提高差异性，被消费者接受；可以标识包装是否密封、完整；对于防假冒、辨真伪、保护品牌、分析供应链效率、跟踪货物等具有重要作用。常用的智能标签有：时间温度指示器（TTI）、湿度显示标签、包装完整性指示器、新鲜度指示器包装标签、气敏指示器、防伪DNA标签、RFID标签、防倾倒标签、碰撞显示标签、食品监测标签、智能-物联-标签-信息系统等。

1.时间-温度指示标签（TTI），通常是基于时间和温度累积化学变化效果的可变数据印刷来实现的，例如发生聚合反应、光致变色反应、氧化反应等；或基于累积生物变化原理，如酶反应、乳酸反应等；或基于物理特性、过程引发的变化，如扩散、热致变色、光声晶格变化等。时间-温度指示标签利用以上原理或变化产生不可逆的变化，显示出时间和温度的累积效应，通常多应用于食品包装。

保鲜指示剂通过对微生物生长期新陈代射的反应，可以直接指示出食品的微生物质量。如热致变色智能包装，通过热变色油墨来实现温度的控制，为消费者提供食品安全性、最佳温度、产品真伪等有关信息。

光化学型时间-温度指示标签（TTI），含有由染料、试剂和溶剂组成的热致变色油墨，当油墨吸收了一定波长的光后就会被激发，引起能量转移和带电粒子的产生，导致溶剂的温度升高而逐渐解冻，并与染料聚合物反应而引起颜色变化。

2.湿度显示标签，通过自身颜色的变化来反映其所在包装环境内的湿度。被广泛应用于：光学设备、仪器仪表、电子元器件包装、敏感组件等产品的包装方案中。

3.新鲜度指示器包装标签。食品安全指示包装技术是国外食品包装专家研究的热点，将一种掺杂染料的塑料圆片放入食品包装袋，如果包装袋中的食品腐烂就会释放出气体，使塑料片改变颜色，因而消费者根据塑料片的颜色就能知道食品是否变质。如芬兰的VTT生物技术实验室研制的智能包装指示剂，具有直接给出有关食品质量、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微生物质量。

4.射频识别（RFID）标签，是智能包装研发和应用的热点，具有可读写、反复使用和耐高温、不怕污染等传统条形码所不具备的优势，处理数据过程无需人工干预，芯片不易被伪造，在标签上可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取。RFID标签的芯片层可以用纸、PE、PET甚至纺织品等材料封装并进行印刷，制成不干胶贴纸、纸卡、吊标或其他类型的标签。芯片不能承受印刷机的压力，所以，除喷墨印刷外，一般采用先印刷面层，再与芯片层复合、模切的工艺。使用导电油墨印制RFID天线，具有高效快速、成本低等特点，完全可以替代传统的压箔法或腐蚀法制作的金属天线。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，而且对于薄膜类材料，还要考虑拉伸变形造成的标签间距增加程度，并作适当调整。射频识别（RFID）标签，采用射频识别技术，通过与读写器、数据交换和管理系统的共同作用实现目标识别、物品跟踪和信息采集等功能，可以对食物进行溯源式监控，同时可以随时掌握食品的储存温度、成熟度。如针对温度敏感的红酒储运环境监控，可采用RFID标签，记录时间-环境温度，对原产地、存储和酒品等信息进行识别和产品质量追溯。

智能包装技术的研发与推广是包装行业发展的未来，虽然国内已开发出适用于各种用途的RFID产品，但在包装应用上还未形成一定的规模。随着生产成本的降低和生产工艺的不断改进，在工农业产品包装和商品流通领域，一个相当大的零售和消费市场正在形成并快速增长，势必会带动智能包装的迅速发展。

防震标签

射频标签