智慧型包裝技術

智慧型包裝技術是集合了多元知識基礎的新興技術分支。創造性設計和人本位思想是“智慧型化包裝”技術的精髓。它的出現使商品及其包裝對於人類更具有親和力，使商務信息的人機互動式溝通更為簡捷。智慧型型包裝在保護消費者權益與人身安全、保護市場正常秩序、方便商務電子化、開發新穎的產品消費形式方面將起到其重要的作用，具有極廣闊的發展前景。

基本介紹

• 中文名：智慧型包裝技術
• 定義：新興技術分支
• 領域：智慧型包裝
• 分類：功能材料型智慧型包裝

簡介

針對目前國際流行的智慧型包裝，按照其技術的特點，分別將其分為：功能材料型智慧型包裝，功能結構型智慧型包裝，信息型智慧型包裝。

目前，智慧型包裝技術在世界各國的套用還剛剛開始，有些技術還處於實驗和研究階段。可以說，這項技術同時處於起步階段。如何抓住這個機遇，發展我國的包裝事業，提升我國包裝的技術含量，以適應新形式下國際經濟形式的要求，是每一個包裝人士所面臨的問題。隨著時代的變遷，商品種類更加繁多複雜，包裝所肩負的功能也越來越多。高新技術的浪潮將包裝推向了更高的發展境界，發展智慧型化包裝是歷史必然。

包裝技術的發展是隨著商品流通的發展需要而發展起來的。對於商品來說，包裝主要是起防護、隔離、定量、裝璜和說明的作用，這也是傳統包裝的功能和特點。隨著市場經濟的發展和技術的進步，人們在包裝中加入更多的智慧型化技術成分，以滿足日益複雜的流通系統的要求和用戶對產品功能的需求，使其具備傳統的包裝技術無法達到的功能。因此了解、研究智慧型包裝技術以適應我國包裝工業的發展和全球經濟一體化，具有很大的現實意義。

種類

概述

智慧型包裝包括：功能材料型智慧型包裝、功能結構型智慧型包裝及信息型智慧型包裝。它具體體現為：利用新型的包裝材料、結構與形式對商品的質量和流通安全性進行積極干預與保障；利用信息收集、管理、控制與處理技術完成對運輸包裝系統的最佳化管理等。

1智慧型包裝技術

功能材料型智慧型包裝是指通過套用新型智慧型包裝材料，改善和增加包裝的功能，以達到和完成特定包裝的目的。目前，研製的材料型智慧型包裝，通常採用光電、溫敏、濕敏、氣敏等功能材料，對環境因素具有“識別”和“判斷”功能的包裝。包裝材料複合製成，它可以識別和顯示包裝微空間的溫度、濕度、壓力以及密封的程度、時間等一些重要參數。這是一種很有發展前途的功能包裝，對於需長期貯存的包裝產品尤為重要。

這種材料智慧型型的包裝用途十分廣泛，技術發展十分迅速，出現了許多技術成熟的產品。美國光學塗料試驗中心和PA技術公司研製出一種在外力作用下會變色的塑膠薄膜，膜上塗有不同波長的反向干涉塗層。在正常情況下塗層呈明亮色彩，一旦被動用，塗層便開始剝落，薄膜變成灰色，剝落部分還會產生花紋，從而提供了此包裝曾啟封過的警示信號。這種材料很適合作包裝封記。美國國際造紙公司採用以色列能量紙公司(PowerPaper)開發出來的一種超薄柔軟電池，用於一些消費產品的包裝，這種新型電池可像油墨一樣被“印刷”在產品的包裝上，使之增加燈光、聲音，以及其他一些特殊效果，可讓製造商更有效地通過產品包裝來吸引消費者。這類包裝材料還有20世紀90年代開發出的可用於包裝的導電高分子新型材料〔3〕，如：聚苯胺（PAn）薄膜，聚（乙基）噻吩（PEOT），聚（帷M三聯）噻吩（帷MPTP），聚（丁基）噻吩（PBTh），聚（3?烷基）噻吩（P3AT）等；結構型（共軛）導電高分子還發明了聚對苯撐（PPP），聚苯乙炔（PPV），聚雙乙炔（PDA），聚並苯（PAS），聚噻吩乙炔（PTV），聚丁炔（PPB）等等。這些導電高分子材料，主要採取複合套用的方法，如PPy?PPA、PTP?PAN、PAn?PET、PPy?PET複合膜，其性能大為提高，導電率可達到銀、銅之水平。這些導電高分子材料，具有良好的導電性和穩定性，有些還具有的耐熱性、電致變色性、光電轉換特性、非線性光學特性、電磁吸波特性以及可催化性，因而，廣泛地用於防靜電包裝、電磁禁止包裝、包裝的智慧型觀察窗、隱身包裝、選擇性透氣薄膜等方面。

這種材料的智慧型化拓寬了包裝的套用範圍，一種材料的研製成功往往會帶來包裝的多項功能的改進，起到事半功倍的效果。但是，由於新型智慧型材料的研發投入大、周期長，往往作為長期研究的計畫。

2智慧型包裝技術

功能結構型智慧型包裝是指通過增加或改進部分包裝結構，而使包裝具有某些特殊功能和智慧型型特點。功能結構的改進往往從包裝的安全性、可靠性和部分自動功能入手進行，這種結構上的變化使包裝的商品使用更加安全和方便簡潔。

這種功能結構型智慧型包裝最有代表性的是自動加熱和自動冷卻包裝〔6〕。這兩種包裝都是增加了包裝的部分結構，而使包裝具有部分自動功能。自動加熱型包裝是一種多層、無縫的容器，以注塑成形方法製成，容器內層分成多個間隔，容許產品自我加熱。它的加熱原理是：當使用者拿下容器上的箔，並按壓容器底部時，容器內的水及石灰石便會產生化學反應，發放熱能，進而令產品加熱。自動冷卻型包裝內置一個冷凝器、一個蒸發格及一包以鹽做成的乾燥劑，冷卻時由催化作用所產生的蒸氣及液體會貯藏於包裝的底部。這技術也可套用於普通容器，它能在幾分鐘內將容器內物品的溫度降低至攝氏17℃。這2種智慧型自動型包裝適合野外作業人士使用，例如探險、腳踏車、釣魚愛好者等。

通過有目的的改變包裝的結構，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未成年兒童和智力低下及障礙人士開發的。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構更複雜、成本也要高，但有數據顯示，這種包裝顯著降低了包裝物對兒童的傷害，保障兒童安全。 目前市場上的兒童安全包裝，主要結構特點大約有以下幾種：1）壓扭蓋： 這是一個複合式的瓶蓋，由同時進行的按壓和扭轉兩個動作來完成。2）掀開蓋： 這也是較流行的兒童防護蓋。使用時要求蓋與瓶上的記號（箭頭）對準，然後在瓶子凸緣缺口處掀開瓶蓋的凸耳，將包裝打開。3）泡罩式包裝： 為防止兒童打開普通的泡罩包裝，要求從角上撕開背面貼上紙，或用力把內裝物從背面壓出（PRESS?THTOUGH PACKAGE，PTP）。4）迷宮式蓋： 這是種依靠智力技巧開啟的包裝形式。5）拉拔蓋： 瓶蓋密封由外蓋下部帶有2個向內凸的舌頭（高1～2mm,長2～3mm）和內塞組成。需加一定的力作拉拔動作以克服內塞與瓶口間的摩擦力。這些動作兒童難以完成。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，比迷宮式蓋簡單，其原理類似於插口式燈座。美國1981年公布的環境保護機構條例，對上述因素及瓶和封閉物的結構性能給予足夠重視，作出相應的規定：在初始試驗後，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就需再做試驗，以確認其對兒童安全的保護性。

包裝結構的改變可以用來提高包裝的可靠性，起到智慧型防偽的作用〔2-3〕。這類包裝又稱為“顯竊啟包裝（TAMPER?EVIDENT PACKAGING，TEP）”，它們只有通過打開或破壞一個顯示物或障礙物才能取出內部產品的一種包裝。這個顯示物或障礙物一旦破損就給後來的消費者提供可見的證據——說明原產品包裝已被人干擾過（見美國食品和藥品管理局於1982年11月5日在《聯邦註冊》中的21CFR211。132定義）。這類包裝最典型的結構是可破壞蓋，原稱防盜蓋（PILFER?PROOF CAP）。這種金屬或塑膠蓋可對密封的被破壞提供可見的痕跡，它被大量用於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。一種為斷開式或撕拉式，另一種是真空式。也可輔以內封物（見瓶口內封閉）以達到顯竊啟目的。

功能結構式智慧型包裝通過改變包裝的部分結構和裝置，使包裝具有一定的智慧型功能。這種結構上的變化具有開發成本低、功能效果明顯的特點，可作為短期開發的主要目標。

3智慧型包裝技術

信息型智慧型包裝技術主要是指以反映包裝內容物及其內在品質和運輸、銷售過程信息為主的新型技術。這項技術包括兩方面：其一，商品在倉儲、運輸、銷售期間，周圍環境對其內在質量影響的信息記錄與表現；其二，商品生產信息和銷售分布信息的記錄。記錄和反映這些信息的技術涉及化學、微生物、動力學和電子技術。信息型智慧型包裝技術是最有發展活力和前景的包裝技術之一。

反映商品質量的信息型智慧型包裝技術主要是利用化學、微生物和動力學的方法，記錄包裝商品在生命周期內商品質量的改變。一般來說，由於商品倉儲環境和包裝內在環境的改變引起商品變質的信息多採用化學和微生物的方法來記錄，而運輸過程中的嚴重跌落、傾倒的信息可通過動力學的計算來記錄，用化學的方法來顯示。在記錄包裝內環境的變化方面，芬蘭的VTT生物技術實驗室研製的智慧型包裝指示劑已經取得實質性的成果。這種指示劑的關鍵意義在於具有直接給出有關食品質量、包裝和預留空間氣體、包裝的貯藏條件等信息的能力。保鮮指示劑通過對微生物生長期間新陳代射的反應直接指示出食品的微生物質量。它包括：滲漏指示劑和保鮮指示劑。

該機構研究的滲漏指示劑專為MAP(氣調包裝)的O2滲漏檢測設計。該指示劑以氧敏性染料為基礎，適用MAP食品質量控制。該劑中還含有吸氧成份，可延長食品的貨架壽命，並能防止指示劑與MAP中殘留的O2發生反應。指示劑裝入合成薄膜內，進一步防止包裝過程中指示劑發生氧化。O2指示劑的優勢在於其不可逆性。VTT也利用漆酶催化促酶反應形成有色產物，研究滲漏指示劑的構成。在有氧條件下，漆酶可氧化多種基質。可視指示劑的構成要求生成有色產物，如從ABTS可生成從淺綠到深綠的有色產物。這種指示劑遇氧發生反應，出現快速明顯的顏色變化，從而顯示包裝體破損信息。

保鮮指示劑是針對肉、禽類產品在包裝體內產生的揮發性氣體如：H2S的含量變化來顯示產品新鮮程度。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MAP禽肉進行質量控制。這些可視覺探測顏色變化的以肌紅蛋白為主要成份的指示劑貼在內裝新鮮禽肉的包裝淺盤的封蓋材料內表面，其顏色變化與禽肉質量相互關聯，即H2S氣體一經產生，指示劑隨即發生顏色變化。

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

能顯示商品生產和銷售信息的智慧型包裝對於用戶掌握商品的使用性能和自動物流管理有著積極的作用。這種智慧型包裝一般由記錄信息的電子晶片、軟體和條形碼組成，也稱為：電子信息組合包裝（ELECTRONICS COMBINED PACKAGING）。

由美國RUTGERS大學開發的智慧型化微波加熱包裝（INTELLIGENT MICROWAVEABLE PACKAGE），就是這種包裝的實例。這種智慧型型微波加熱包裝是一個良好的信息載體，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瞄器和微處理器來獲得這些加工信息，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、產地、保質期、重量、價格、使用指南、警告等，以數碼形式貯存於包裝上微晶片中，消費者可以很方便地讀取這些信息。 帶有電子數據信息的包裝可涵蓋面很廣，它可以運用在包括食品在內幾乎所有產品上。

現代物流的信息化發展對包裝的智慧型化提出了更高的要求，因為物流信息化發展和管理的一個基本物質基礎就是包裝的智慧型化。物流管理所需要的信息，大部份是應該由包裝來攜帶。也就是說，如果包裝上的信息量不足或錯誤，將會直接影響物流管理中各活動的進行，如果沒有包裝智慧型化的配合，現代物流管理所配備的掃描設備、計算機管理都將無用武之地。可跟蹤性運輸包裝（TRACEABLE?TRANSPORT PACKAGING）〔2-3〕的目標就是開發一種有利於自動化管理的運輸包裝技術形式，使運輸容器在流通路線上能被全程跟蹤，方便於控制中心完成對運輸路線和線上商品的調整和管理，達到商品流通運輸的快捷化、最佳路徑化和低運輸成本的目的，藉助信息網路和衛星定位系統構築一個智慧型型物流體系。寶潔公司正在研製的智慧型包裝技術能夠預測顧客購物的情況〔5〕，從而最優地管理庫存。這裡所說的智慧型包裝技術是嵌入汰漬洗衣粉包裝或品客卡通包裝內部的低成本微處理器，以此最終建立無縫的、整合的供應鏈管理。公司可藉此跟蹤每件產品從生產到售出的全過程，最終使高度複雜的數據共享成為現實。根據這些信息，實現工廠、卡車、貨架、購物車、商品和銀行等彼此無縫地傳送信息，而無須人工掃描輸入。對於寶潔公司而言，供應鏈周期縮短2天，意味著可減少15億美元的經營成本。

信息智慧型包裝技術能反映包裝物的質量信息和商品流通信息，這給物流管理和消費者帶來了許多方便。這種技術是隨著其它領域技術的發展而發展起來的。開發各種信息智慧型包裝能帶來經濟效益。