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基于RFID的智能包装技术系统

发布时间:2021-01-14 18:55:56 所属栏目:物联网 阅读:

随着“中国制造2025”、 工业互联网、大数据等不断融合到制造业中, 我国制造业的信息化、 智能化水平不断提高, 而作为服务制造业的包装产业, 不仅可为工业产品提供安全防护、 方便运输等, 还可通过信息化、 智能化的包装技术, 使包装具备信息传输、 数据归集、 全程追踪等功能, 与制造业联合建立起新型工业制造系统。在《中国包装工业“十三五”发展规划》 [1]、《关于加快我国包装产业转型发展的指导意见》 [2]中明确指出:着力发展智能包装商品, 推进智能包装一体化发展, 提升包装信息化、 智能化水平, 包装智能化发展成为包装行业新的发展方向和机遇。

智能包装是指在包装基础功能上, 运用化学、 物理、 电子信息、 材料、 通信等技术, 对包装及内装物在流通全过程的控制、 记录、 识别等[3], 使包装在传统保护产品、 方便运输的基础上, 具有信息数据传输、 记录、 感知、交互等功能, 有效扩展、 外延包装产品功能。智能包装实现以上功能主要是通过二维码、 RFID标签等, 近年来,随着印刷电子技术的不断进步和发展, 将印刷电子应用到智能包装中研究也不断深入。印刷电子是指利用传统印刷技术, 通过印刷方法制造电子器件或电路, 具有柔性化、 个性化、 低成本、 绿色环保等优点[4-6]。结合印刷电子技术的智能包装产品, 主要是利用印刷电子技术制作标签、传感器等,然后通过贴片等方式添加到包装材料上,使包装能够记录或反馈物流、 位置、 防伪等信息[7-9], 实现与使用者互动, 或者增加可观赏性、 与其他同类产品形成差异化等。目前,印刷电子智能包装正在逐步成为一个新兴产业。

本文在分析总结智能包装技术发展现状及趋势基础上, 对现有智能包装技术进行全面解析, 结合新兴的柔性印刷电子技术, 重点分析印刷电子在智能包装应用及研究进展, 以期对智能包装、 印刷电子技术的研究和应用提供参考和启示。

1、智能包装

1.1

智能包装系统

但随着大数据、智能化时代的来临,人们希望商品流通过程也更加数据化、智能化,因此将通信技术、电子信息技术、 智能材料等逐步应用到包装产品中, 从而形成智能包装系统[10]。智能包装融合了通信工程、 包装工程、印刷工程、生物学、物理学、电子信息、化学、材料等多学科,通过多学科技术有机融合,赋予包装产品感知、通讯、记录、交互、追踪等,通过信息化手段持续跟踪、实时反馈、记录包装流通全链条的信息数据,实现更好的产品保护、 方便运输流通, 并利用收集、 记录的数据信息[11-12]。智能包装实现包装信息功能的有效扩展和延伸,其核心是数据信息的传递和交流,通过赋予包装智能化技术,实现从原材料供应、产品制造、产品包装、物流配送、消费和包装废弃物回收利用等全过程的信息感知、储存、传递、反馈等。

根据智能包装技术及信息传递的特性, Yam等[13]提出智能包装系统框架,该系统以食品供应链为基础,整个系统由智能包装组件、包装数据存储、供应链通信网络、数据处理系统组成。因此,智能包装系统大致可分为感知层、 通信层和服务层[14], 感知层利用智能包装组件实现数据获取、 传输和交流;通信层负责信息数据持续跟踪、实时反馈和产品数据化分析;应用层则为产品流通、包装内部和外部环境监控提供决策支持。具体示意图如图2所示。

1.2

智能包装分类

根据使用技术不同,智能包装可分为功能材料型、功能结构型及信息型三种。

功能材料型智能包装

在功能材料型智能包装研究方面,许文才[15]、胡兴军[16]、柯胜海[17]等指出:通过将具有气味敏感、温度变化敏感、光电感知的功能材料融合到包装中,使包装对外部环境变化具备感知和识别功能,从而实现对包装内容物温度、湿度、密封性等有效监控;石岩[18]指出具有温敏、湿敏、气敏等功能智能包装材料,不仅是作为包装的主体材料,在包装辅助材料中,也可以将功能型材料加入其中,形成智能油墨、智能涂料、智能胶粘剂;严纯华等[19]将智能温敏变色材料应用到食品包装中,提出一种可实时指示食品变质的智能变色标签,通过不同标签颜色显示包装食品的新鲜度,当食品保存温度或保质期超出规定时,则可以通过标签颜色实时直观显示;柯胜海[20]对智能发光包装展开研究,则通过采用具有发光包装材料,使包装产品在不同的使用环境下,具有更加丰富的包装视觉表现,增加产品表现力;Yildirim等[21]则采用具有抗菌型、氧气去除型等功能的活性包装技术, 使包装在特定条件下,延长产品保质期,改善食品安全性和感官特性,同时保持食品品质不变;尚咪[22]、刘丽[23]、谢智晖[24]等人则对功能材料在包装防伪、导电油墨等应用展开研究分析,将智能防伪材料应用到包装产品中,利用光、电、磁等技术增强包装防伪效果,从而实现包装有效防护。

功能结构型智能包装