智能包裝比傳統(tǒng)包裝厲害在哪？
傳統(tǒng)包裝的基本功能主要分為保護、通信、運輸和儲存。在用于保護產(chǎn)品免受外部環(huán)境惡化影響的同時，包裝也被作為了商品的一種營銷工具，為消費者提供了一定的易用性和便利性。但隨著社會的發(fā)展進步、物質(zhì)的極大豐富以及消費層次的進一步細化，傳統(tǒng)的包裝模式已不能滿足人們對于商品包裝的需求。于是，人們開始尋求具有增強功能性的創(chuàng)新包裝，以響應消費者對多樣化功能和應用的需求，從而間接帶動了包裝技術的交叉發(fā)展，并拓展了其應用范圍。
隨著材料科學、計算機技術與人工智能等相關技術的進步，加速了傳統(tǒng)包裝向智能包裝的轉型升級。智能包裝改進了傳統(tǒng)包裝的功能以及應用局限性，具有適應各種刺激和環(huán)境變化的能力。為了實現(xiàn)智能包裝材料的創(chuàng)新特性和卓越性能，人們通常使用多功能材料以及多功能傳感器進行創(chuàng)新性整合應用。包裝上新增的“智能裝備”具有改變其傳統(tǒng)包裝物理特性限制的能力，并且具有作為對特定刺激因素的響應能力。
智能包裝按照功能和應用可以分為三大類，即感應顯示的智能包裝、防偽識別的智能包裝以及環(huán)境監(jiān)測的智能包裝。
1. 智能包裝的感應顯示
(1)光致變色在智能包裝中的應用
光致變色材料在技術上可用作智能包裝材料或包裝系統(tǒng)的一部分。光致變色材料在光的發(fā)射過程中存在不同的反應速率和褪色程度。Herzer等人在不使用電池的情況下，利用膽甾型液晶 (CLC) 制備了一種雙響應光學傳感系統(tǒng)。在這項研究中，變色聚合物的顏色從紅色變?yōu)辄S色，因為水可以通過聚合物膜的膨脹來引導分子實現(xiàn)螺旋結構。螺旋結構導致產(chǎn)生新的顏色變化。
(2)熱致變色在智能包裝中的應用
為響應高溫和輻射等環(huán)境刺激，溫度變化導致的熱致變色可以實現(xiàn)在可見光范圍內(nèi)的吸收光譜從高波段轉移到低波段進行吸收，從而引起顏色的變化。一種PDA 的熱致變色材料可逆或不可逆地將其顏色從藍色變?yōu)榧t色，因此可以通過預測PDA中的各種變色過程，增強其在智能包裝產(chǎn)品中的適用性。Park 等人制備了一種基于PDA的薄膜，用于 熱致變色標簽， 在20?C ～ 65?C 范圍內(nèi)表現(xiàn)出感溫響應。HEATmarkerVR 是另一種基于二乙炔單體聚合的溫度響應顯色系統(tǒng)，已用于醫(yī)藥和疫苗儲存。該系統(tǒng)還為消費者提供了產(chǎn)品的熱暴露是否超過預設限制的視覺指示，使用指示區(qū)域產(chǎn)生較深顏色變化表示包裝產(chǎn)品的變質(zhì)和保質(zhì)期。這個熱致變色技術對于智能包裝具有很好的相關性，尤其是針對溫度敏感容易變質(zhì)的食品，通過這項熱致變色技術的融合，提供監(jiān)測技術的同時降低了損失，并保障了消費者的安全。
(3)電致變色在智能包裝中的應用
電致變色技術是一種新型的主動變色技術，在智能包裝中的應用研究備受關注。共軛聚合物因其高光學對比度和適當?shù)纳史€(wěn)定性而作為電致變色材料被廣泛用于智能包裝中。在柔性基材上進行電致變色印刷是一種制備電致變色智能包裝的可行方法，因為它可以應用在各種不同形狀的基材上，從而以嵌入的方式應用在包裝產(chǎn)品中，并且通過一體成型技術將印刷和包裝成型工藝進行融合。但電致變色油墨同時存在一個嚴重的缺點，因為它們絕大部分都包含有機溶劑。油墨和溶劑起著關鍵作用，所以可燃性、泄漏和從溶劑到包裝產(chǎn)品的氣味散發(fā)被認為是主要缺點。因此，針對食品包裝的安全性和適用性而言，電致變色更多地使用在非食用性包裝以及工業(yè)化包裝應用中。
2. 智能包裝的防偽識別
(1)條形碼 / 二維碼在智能包裝中的應用
條形碼是最便宜和最流行的數(shù)據(jù)載體形式。RSS擴展條碼(也提供堆疊格式)最多可編碼 74 個字母數(shù)字字符，可用于需要更大數(shù)據(jù)容量來編碼附加信息的可變尺寸產(chǎn)品，如按重量出售的肉類和海鮮等。
二維碼是在一維條碼的基礎上擴展出的，具有可讀性。相比于條碼，二維碼在很小的面積內(nèi)能承載大量信息、安全保密性更強，識別效率也更高。隨著無線手持式二維碼 / 條碼掃描器的出現(xiàn)，二維碼的識別成本大大下降，進一步推動了它的廣泛應用，成為智能包裝防偽監(jiān)測的重要手段之一。
(2)射頻識別技術在智能包裝中的應用
射頻識別技術(RFID)標簽是一種高級形式的數(shù)據(jù)載體，用于自動識別和追溯產(chǎn)品。RFID 標簽可分為兩種類型：無電池且由閱讀器提供能量供電的無源標簽和有電池為微芯片電路供電并向閱讀器傳遞廣播信號的有源標簽。
與條碼相比，RFID 標簽有著獨特的特點：RFID 標簽不需要面向讀取器來進行數(shù)據(jù)傳輸，因為無線電波可以穿過各種非金屬材料;提供更大的數(shù)據(jù)存儲容量，可用于存儲溫度和濕度的數(shù)據(jù)、營養(yǎng)成分信息和交通信息等;一些 RFID 標簽支持讀寫操作，這有助于為標簽物品在供應鏈中移動時提供實時信息更新。值得一提的是，RFID 可以快速地同時讀取多個標簽。
盡管如此，RFID 標簽通常不會被視為條形碼的替代品。由于這兩種數(shù)據(jù)載體各有優(yōu)缺點，它們經(jīng)常被單獨或組合使用。近年來，RFID技術在食品包裝中得到大量使用，用于識別和采集環(huán)境、物流溯源等數(shù)據(jù)。成本問題是傳統(tǒng) RFID 技術商業(yè)化的主要障礙。但是，無芯片RFID有可能通過提供更簡單的低成本標簽結構來緩解這些問題，這種結構可以完全印刷在低成本的基材上(紙張、塑料)。
3. 智能包裝的環(huán)境監(jiān)測
(1)時間 - 溫度指示器在智能包裝中的應用
在物理和化學學科中 , 溫度是影響化學反應和力學性質(zhì)的重要因素。時間 - 溫度指示器(TTI)通常是貼在運輸容器或單個消費包裝上的小型不干膠標簽。TTI 可用作智能包裝中的智能設備，因為此類系統(tǒng)可以通過監(jiān)測時間和溫度來檢測與包裝內(nèi)部質(zhì)量相關的關鍵參數(shù)。它們還被作為食品的“新鮮度指標”，用于估算生鮮產(chǎn)品的剩余保質(zhì)期。
(2)氣體探測器在智能包裝中的應用
由于包裝內(nèi)部產(chǎn)品的活性、包裝原本的性質(zhì)或周圍的環(huán)境條件，包裝內(nèi)外部空間中的氣體成分經(jīng)常發(fā)生變化。尤其是新鮮農(nóng)產(chǎn)品的呼吸作用、腐敗微生物產(chǎn)生的氣體，氣體通過包裝材料的傳輸和包裝泄漏，都可能導致包裝內(nèi)的氣體成分發(fā)生變化。包裝標簽或印刷在包裝薄膜上的氣體指示器可以監(jiān)測氣體成分的變化，從而提供了一種監(jiān)測食品質(zhì)量和安全的手段。
(3)泄漏檢測在智能包裝中的應用
包裝的密封性是包裝袋最重要的包裝性能之一，密封性的好壞決定了被包裝物品的存放時間，特別是食品、藥品這種易發(fā)生變質(zhì)、腐壞的物品。確保包裝材料的密封質(zhì)量將有利于滿足包裝行業(yè)和普通消費大眾的需求。傳統(tǒng)包裝外部的聚烯烴材料起到保護紙板的作用，并作為印刷的基材。為了起到防水的作用，在某些情況下還會在包裝的外部材料上添加蠟涂層。一種測試包裝密封質(zhì)量的自動壓差測試方法能夠在 30s 內(nèi)測試出包裝的密封性。配合這項技術實現(xiàn)的智能包裝，可以解決傳統(tǒng)包裝泄漏的重大問題， 有助于推動智能包裝領域的發(fā)展。
應用前景
隨著時代的發(fā)展，智能包裝逐漸從低端過渡到高端應用中。在成本控制得體的前提下，智能包裝能在很大程度上解決傳統(tǒng)包裝的功能性應用問題，彌補了功能性應用過程中的短板和缺陷，進一步拓展了智能包裝在各個領域的應用。
顯色技術的添加一定程度上提高了包裝的觀賞性和實用性?；谶@項技術獲得的智能包裝，通過變色的手段改變包裝原有的基礎形貌，在不同光學、熱學、電學甚至力學環(huán)境下，獲得觀賞、監(jiān)測、感應等效果。因此，顯色材料是智能包裝中最為關鍵的一部分，具有廣泛的利用價值。
對于防偽識別，傳統(tǒng)包裝的識別手段主要通過條形碼實現(xiàn)對產(chǎn)品的識別和記錄。而條形碼本身具有一定的局限性，因此限制了其在防偽領域的更多發(fā)展。而二維碼的出現(xiàn)提供了更大的應用潛力，除了具有識別、記錄的功能，還可以通過與終端設備的數(shù)據(jù)互通，實現(xiàn)防偽識別的效果，每個相同產(chǎn)品之間的“身份信息”也大不相同。因此，通過使用二維碼對產(chǎn)品進行溯源、辨別以及防偽，可以進一步促進產(chǎn)品與消費者之間的信息互通。另外在技術上，二維碼與 RFID 技術的結合，利用與終端設備的互動，增加點對點之間的互通性，甚至能夠在無源的條件下實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。在識別方面，不需要通過近距離接觸就能高效準確地判斷商品的具體信息，為智能包裝在識別、運輸以及防偽等功能使用上提供了極大的便利性。
對于環(huán)境監(jiān)測，往往不能忽視環(huán)境對包裝存在著的潛在影響，傳統(tǒng)的包裝應用避免不了由于內(nèi)外界環(huán)境因素造成的影響和損失。而將監(jiān)測傳感功能引入到智能包裝中，針對溫度、濕度、pH 值、氣體、時間等環(huán)境因素，對自身產(chǎn)品所需的條件進行智能監(jiān)測，可以有效避免內(nèi)部或者外部環(huán)境對包裝產(chǎn)品的影響。
智能包裝在成為包裝科學和技術新趨勢的同時，正逐漸與包裝科學、食品科學、生物技術、傳感器科學、信息技術、納米技術等學科融合，正成為包裝科學與技術的新領域和新分支。在未來，智能包裝將突破更多的技術難點，深入探討技術與技術之間的創(chuàng)新性融合，進一步推動交叉學科的進步，尋覓兩者之間潛在的可能性以及社會需求，促進智能包裝領域的獨特性發(fā)展以及進步。
