智能包裝技術(shù)

針對(duì)目前國(guó)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(jié)構(gòu)型智能包裝，信息型智能包裝。

目前，智能包裝技術(shù)在世界各國(guó)的應(yīng)用還剛剛開(kāi)始，有些技術(shù)還處于實(shí)驗(yàn)和研究階段。可以說(shuō)，這項(xiàng)技術(shù)同時(shí)處于起步階段。如何抓住這個(gè)機(jī)遇，發(fā)展我國(guó)的包裝事業(yè)，提升我國(guó)包裝的技術(shù)含量，以適應(yīng)新形式下國(guó)際經(jīng)濟(jì)形式的要求，是每一個(gè)包裝人士所面臨的問(wèn)題。隨著時(shí)代的變遷，商品種類更加繁多復(fù)雜，包裝所肩負(fù)的功能也越來(lái)越多。高新技術(shù)的浪潮將包裝推向了更高的發(fā)展境界，發(fā)展智能化包裝是歷史必然。

包裝技術(shù)的發(fā)展是隨著商品流通的發(fā)展需要而發(fā)展起來(lái)的。對(duì)于商品來(lái)說(shuō)，包裝主要是起防護(hù)、隔離、定量、裝璜和說(shuō)明的作用，這也是傳統(tǒng)包裝的功能和特點(diǎn)。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，人們?cè)诎b中加入更多的智能化技術(shù)成分，以滿足日益復(fù)雜的流通系統(tǒng)的要求和用戶對(duì)產(chǎn)品功能的需求，使其具備傳統(tǒng)的包裝技術(shù)無(wú)法達(dá)到的功能。因此了解、研究智能包裝技術(shù)以適應(yīng)我國(guó)包裝工業(yè)的發(fā)展和全球經(jīng)濟(jì)一體化，具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

智能包裝包括：功能材料型智能包裝、功能結(jié)構(gòu)型智能包裝及信息型智能包裝。它具體體現(xiàn)為：利用新型的包裝材料、結(jié)構(gòu)與形式對(duì)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(duì)運(yùn)輸包裝系統(tǒng)的優(yōu)化管理等。

功能材料型智能包裝是指通過(guò)應(yīng)用新型智能包裝材料，改善和增加包裝的功能，以達(dá)到和完成特定包裝的目的。目前，研制的材料型智能包裝，通常采用光電、溫敏、濕敏、氣敏等功能材料，對(duì)環(huán)境因素具有“識(shí)別”和“判斷”功能的包裝。包裝材料復(fù)合制成，它可以識(shí)別和顯示包裝微空間的溫度、濕度、壓力以及密封的程度、時(shí)間等一些重要參數(shù)。這是一種很有發(fā)展前途的功能包裝，對(duì)于需長(zhǎng)期貯存的包裝產(chǎn)品尤為重要。

這種材料智能型的包裝用途十分廣泛，技術(shù)發(fā)展十分迅速，出現(xiàn)了許多技術(shù)成熟的產(chǎn)品。美國(guó)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(huì)變色的塑料薄膜，膜上涂有不同波長(zhǎng)的反向干涉涂層。在正常情況下涂層呈明亮色彩，一旦被動(dòng)用，涂層便開(kāi)始剝落，薄膜變成灰色，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)的警示信號(hào)。這種材料很適合作包裝封記。美國(guó)國(guó)際造紙公司采用以色列能量紙公司(PowerPaper)開(kāi)發(fā)出來(lái)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(guò)產(chǎn)品包裝來(lái)吸引消費(fèi)者。這類包裝材料還有20世紀(jì)90年代開(kāi)發(fā)出的可用于包裝的導(dǎo)電高分子新型材料〔3〕，如：聚苯胺（PAn）薄膜，聚（乙基）噻吩（PEOT），聚（帷M三聯(lián)）噻吩（帷MPTP），聚（丁基）噻吩（PBTh），聚（3?烷基）噻吩（P3AT）等；結(jié)構(gòu)型（共軛）導(dǎo)電高分子還發(fā)明了聚對(duì)苯撐（PPP），聚苯乙炔（PPV），聚雙乙炔（PDA），聚并苯（PAS），聚噻吩乙炔（PTV），聚丁炔（PPB）等等。這些導(dǎo)電高分子材料，主要采取復(fù)合應(yīng)用的方法，如PPy?PPA、PTP?PAN、PAn?PET、PPy?PET復(fù)合膜，其性能大為提高，導(dǎo)電率可達(dá)到銀、銅之水平。這些導(dǎo)電高分子材料，具有良好的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，有些還具有的耐熱性、電致變色性、光電轉(zhuǎn)換特性、非線性光學(xué)特性、電磁吸波特性以及可催化性，因而，廣泛地用于防靜電包裝、電磁屏蔽包裝、包裝的智能觀察窗、隱身包裝、選擇性透氣薄膜等方面。

這種材料的智能化拓寬了包裝的應(yīng)用范圍，一種材料的研制成功往往會(huì)帶來(lái)包裝的多項(xiàng)功能的改進(jìn)，起到事半功倍的效果。但是，由于新型智能材料的研發(fā)投入大、周期長(zhǎng)，往往作為長(zhǎng)期研究的計(jì)劃。

功能結(jié)構(gòu)型智能包裝是指通過(guò)增加或改進(jìn)部分包裝結(jié)構(gòu)，而使包裝具有某些特殊功能和智能型特點(diǎn)。功能結(jié)構(gòu)的改進(jìn)往往從包裝的安全性、可靠性和部分自動(dòng)功能入手進(jìn)行，這種結(jié)構(gòu)上的變化使包裝的商品使用更加安全和方便簡(jiǎn)潔。

這種功能結(jié)構(gòu)型智能包裝最有代表性的是自動(dòng)加熱和自動(dòng)冷卻包裝〔6〕。這兩種包裝都是增加了包裝的部分結(jié)構(gòu)，而使包裝具有部分自動(dòng)功能。自動(dòng)加熱型包裝是一種多層、無(wú)縫的容器，以注塑成形方法制成，容器內(nèi)層分成多個(gè)間隔，容許產(chǎn)品自我加熱。它的加熱原理是：當(dāng)使用者拿下容器上的箔，并按壓容器底部時(shí)，容器內(nèi)的水及石灰石便會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，發(fā)放熱能，進(jìn)而令產(chǎn)品加熱。自動(dòng)冷卻型包裝內(nèi)置一個(gè)冷凝器、一個(gè)蒸發(fā)格及一包以鹽做成的干燥劑，冷卻時(shí)由催化作用所產(chǎn)生的蒸氣及液體會(huì)貯藏于包裝的底部。這技術(shù)也可應(yīng)用于普通容器，它能在幾分鐘內(nèi)將容器內(nèi)物品的溫度降低至攝氏17℃。這2種智能自動(dòng)型包裝適合野外作業(yè)人士使用，例如探險(xiǎn)、單車、釣魚愛(ài)好者等。

通過(guò)有目的的改變包裝的結(jié)構(gòu)，還可以大大提高包裝商品的安全性。包裝的安全性主要是針對(duì)未成年兒童和智力低下及障礙人士開(kāi)發(fā)的。這種包裝稱為兒童安全包裝（CHILD?RESISTANT PACKAGING，CRP）〔2-3〕。兒童安全包裝比普通包裝結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、成本也要高，但有數(shù)據(jù)顯示，這種包裝顯著降低了包裝物對(duì)兒童的傷害，保障兒童安全。 目前市場(chǎng)上的兒童安全包裝，主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)大約有以下幾種：1）壓扭蓋： 這是一個(gè)復(fù)合式的瓶蓋，由同時(shí)進(jìn)行的按壓和扭轉(zhuǎn)兩個(gè)動(dòng)作來(lái)完成。2）掀開(kāi)蓋： 這也是較流行的兒童防護(hù)蓋。使用時(shí)要求蓋與瓶上的記號(hào)（箭頭）對(duì)準(zhǔn)，然后在瓶子凸緣缺口處掀開(kāi)瓶蓋的凸耳，將包裝打開(kāi)。3）泡罩式包裝： 為防止兒童打開(kāi)普通的泡罩包裝，要求從角上撕開(kāi)背面粘貼紙，或用力把內(nèi)裝物從背面壓出（PRESS?THTOUGH PACKAGE，PTP）。4）迷宮式蓋： 這是種依靠智力技巧開(kāi)啟的包裝形式。5）拉拔蓋： 瓶蓋密封由外蓋下部帶有2個(gè)向內(nèi)凸的舌頭（高1～2mm,長(zhǎng)2～3mm）和內(nèi)塞組成。需加一定的力作拉拔動(dòng)作以克服內(nèi)塞與瓶口間的摩擦力。這些動(dòng)作兒童難以完成。6）單劑量藥物防童包裝： 這是一種能防止兒童誤服的單劑量藥物包裝。7）卡口片防童瓶 一種卡口式封蓋，比迷宮式蓋簡(jiǎn)單，其原理類似于插口式燈座。美國(guó)1981年公布的環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)條例，對(duì)上述因素及瓶和封閉物的結(jié)構(gòu)性能給予足夠重視，作出相應(yīng)的規(guī)定：在初始試驗(yàn)后，如在包裝造型、材料、容量、封閉物材料或蓋子襯墊物等方面有所變動(dòng)就需再做試驗(yàn)，以確認(rèn)其對(duì)兒童安全的保護(hù)性。

包裝結(jié)構(gòu)的改變可以用來(lái)提高包裝的可靠性，起到智能防偽的作用〔2-3〕。這類包裝又稱為“顯竊啟包裝（TAMPER?EVIDENT PACKAGING，TEP）”，它們只有通過(guò)打開(kāi)或破壞一個(gè)顯示物或障礙物才能取出內(nèi)部產(chǎn)品的一種包裝。這個(gè)顯示物或障礙物一旦破損就給后來(lái)的消費(fèi)者提供可見(jiàn)的證據(jù)——說(shuō)明原產(chǎn)品包裝已被人干擾過(guò)（見(jiàn)美國(guó)食品和藥品管理局于1982年11月5日在《聯(lián)邦注冊(cè)》中的21CFR211。132定義）。這類包裝最典型的結(jié)構(gòu)是可破壞蓋，原稱防盜蓋（PILFER?PROOF CAP）。這種金屬或塑料蓋可對(duì)密封的被破壞提供可見(jiàn)的痕跡，它被大量用于OTC藥品、飲料、食品等包裝。目前主要有2種形式可破壞顯偷換蓋。一種為斷開(kāi)式或撕拉式，另一種是真空式。也可輔以內(nèi)封物（見(jiàn)瓶口內(nèi)封閉）以達(dá)到顯竊啟目的。

功能結(jié)構(gòu)式智能包裝通過(guò)改變包裝的部分結(jié)構(gòu)和裝置，使包裝具有一定的智能功能。這種結(jié)構(gòu)上的變化具有開(kāi)發(fā)成本低、功能效果明顯的特點(diǎn)，可作為短期開(kāi)發(fā)的主要目標(biāo)。

信息型智能包裝技術(shù)主要是指以反映包裝內(nèi)容物及其內(nèi)在品質(zhì)和運(yùn)輸、銷售過(guò)程信息為主的新型技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)包括兩方面：其一，商品在倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸、銷售期間，周圍環(huán)境對(duì)其內(nèi)在質(zhì)量影響的信息記錄與表現(xiàn)；其二，商品生產(chǎn)信息和銷售分布信息的記錄。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技術(shù)之一。

反映商品質(zhì)量的信息型智能包裝技術(shù)主要是利用化學(xué)、微生物和動(dòng)力學(xué)的方法，記錄包裝商品在生命周期內(nèi)商品質(zhì)量的改變。一般來(lái)說(shuō)，由于商品倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境和包裝內(nèi)在環(huán)境的改變引起商品變質(zhì)的信息多采用化學(xué)和微生物的方法來(lái)記錄，而運(yùn)輸過(guò)程中的嚴(yán)重跌落、傾倒的信息可通過(guò)動(dòng)力學(xué)的計(jì)算來(lái)記錄，用化學(xué)的方法來(lái)顯示。在記錄包裝內(nèi)環(huán)境的變化方面，芬蘭的VTT生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室研制的智能包裝指示劑已經(jīng)取得實(shí)質(zhì)性的成果。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)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(guò)對(duì)微生物生長(zhǎng)期間新陳代射的反應(yīng)直接指示出食品的微生物質(zhì)量。它包括：滲漏指示劑和保鮮指示劑。

該機(jī)構(gòu)研究的滲漏指示劑專為MAP(氣調(diào)包裝)的O2滲漏檢測(cè)設(shè)計(jì)。該指示劑以氧敏性染料為基礎(chǔ)，適用MAP食品質(zhì)量控制。該劑中還含有吸氧成份，可延長(zhǎng)食品的貨架壽命，并能防止指示劑與MAP中殘留的O2發(fā)生反應(yīng)。指示劑裝入合成薄膜內(nèi)，進(jìn)一步防止包裝過(guò)程中指示劑發(fā)生氧化。O2指示劑的優(yōu)勢(shì)在于其不可逆性。VTT也利用漆酶催化促酶反應(yīng)形成有色產(chǎn)物，研究滲漏指示劑的構(gòu)成。在有氧條件下，漆酶可氧化多種基質(zhì)。可視指示劑的構(gòu)成要求生成有色產(chǎn)物，如從ABTS可生成從淺綠到深綠的有色產(chǎn)物。這種指示劑遇氧發(fā)生反應(yīng)，出現(xiàn)快速明顯的顏色變化，從而顯示包裝體破損信息。

保鮮指示劑是針對(duì)肉、禽類產(chǎn)品在包裝體內(nèi)產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體如：H2S的含量變化來(lái)顯示產(chǎn)品新鮮程度。H2S與肌紅蛋白形成綠色顏料硫化肌紅蛋白。利用肌紅蛋白保鮮指示劑中硫化肌紅蛋白的形成，對(duì)MAP禽肉進(jìn)行質(zhì)量控制。這些可視覺(jué)探測(cè)顏色變化的以肌紅蛋白為主要成份的指示劑貼在內(nèi)裝新鮮禽肉的包裝淺盤的封蓋材料內(nèi)表面，其顏色變化與禽肉質(zhì)量相互關(guān)聯(lián)，即H2S氣體一經(jīng)產(chǎn)生，指示劑隨即發(fā)生顏色變化。

許多精密貴重的商品對(duì)運(yùn)輸條件有著極其嚴(yán)格的要求。因此，為了避免糾紛，需要一種記錄動(dòng)力學(xué)信息的裝置，記錄在運(yùn)輸過(guò)程中對(duì)商品可能造成損壞的動(dòng)力學(xué)行為（如跌落、傾倒等）信息。這種記錄動(dòng)力學(xué)信息的裝置，往往由被隔離的2種化學(xué)粉末組成，一旦被嚴(yán)禁的動(dòng)力學(xué)行為發(fā)生，則隔離被解除，2種化學(xué)成份發(fā)生反應(yīng)，顯示出第3種顏色。收貨方在未開(kāi)啟商品包裝的情況下，通過(guò)這種記錄顯示裝置，便可以了解商品在運(yùn)輸過(guò)程是否安全。

能顯示商品生產(chǎn)和銷售信息的智能包裝對(duì)于用戶掌握商品的使用性能和自動(dòng)物流管理有著積極的作用。這種智能包裝一般由記錄信息的電子芯片、軟件和條形碼組成，也稱為：電子信息組合包裝（ELECTRonICS COMBINED PACKAGING）。

由美國(guó)RUTGERS大學(xué)開(kāi)發(fā)的智能化微波加熱包裝（INTELLIGENT MICROWAVEABLE PACKAGE），就是這種包裝的實(shí)例。這種智能型微波加熱包裝是一個(gè)良好的信息載體，它將食品加工的信息編入包裝的信息碼，由微波爐上配備有條碼掃描儀和微處理器來(lái)獲得這些加工信息，控制微波爐的加熱效果。這樣就建立起食品、包裝和微波爐之間的信息通道。

將商品的所有信息，如：名稱、成分、功能、產(chǎn)地、保質(zhì)期、重量、價(jià)格、使用指南、警告等，以數(shù)碼形式貯存于包裝上微芯片中，消費(fèi)者可以很方便地讀取這些信息。 帶有電子數(shù)據(jù)信息的包裝可涵蓋面很廣，它可以運(yùn)用在包括食品在內(nèi)幾乎所有產(chǎn)品上。

現(xiàn)代物流的信息化發(fā)展對(duì)包裝的智能化提出了更高的要求，因?yàn)槲锪餍畔⒒l(fā)展和管理的一個(gè)基本物質(zhì)基礎(chǔ)就是包裝的智能化。物流管理所需要的信息，大部份是應(yīng)該由包裝來(lái)攜帶。也就是說(shuō)，如果包裝上的信息量不足或錯(cuò)誤，將會(huì)直接影響物流管理中各活動(dòng)的進(jìn)行，如果沒(méi)有包裝智能化的配合，現(xiàn)代物流管理所配備的掃描設(shè)備、計(jì)算機(jī)管理都將無(wú)用武之地。可跟蹤性運(yùn)輸包裝（TRACEABLE?TRANSPORT PACKAGING）〔2-3〕的目標(biāo)就是開(kāi)發(fā)一種有利于自動(dòng)化管理的運(yùn)輸包裝技術(shù)形式，使運(yùn)輸容器在流通路線上能被全程跟蹤，方便于控制中心完成對(duì)運(yùn)輸路線和在線商品的調(diào)整和管理，達(dá)到商品流通運(yùn)輸?shù)目旖莼⒆罴崖窂交偷瓦\(yùn)輸成本的目的，借助信息網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星定位系統(tǒng)構(gòu)筑一個(gè)智能型物流體系。寶潔公司正在研制的智能包裝技術(shù)能夠預(yù)測(cè)顧客購(gòu)物的情況〔5〕，從而最優(yōu)地管理庫(kù)存。這里所說(shuō)的智能包裝技術(shù)是嵌入汰漬洗衣粉包裝或品客卡通包裝內(nèi)部的低成本微處理器，以此最終建立無(wú)縫的、整合的供應(yīng)鏈管理。公司可借此跟蹤每件產(chǎn)品從生產(chǎn)到售出的全過(guò)程，最終使高度復(fù)雜的數(shù)據(jù)共享成為現(xiàn)實(shí)。根據(jù)這些信息，實(shí)現(xiàn)工廠、卡車、貨架、購(gòu)物車、商品和銀行等彼此無(wú)縫地傳送信息，而無(wú)須人工掃描輸入。對(duì)于寶潔公司而言，供應(yīng)鏈周期縮短2天，意味著可減少15億美元的經(jīng)營(yíng)成本。