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)展起來的。對于商品來說,包裝主要是起防護(hù)、隔離、定量、裝璜和說明的作用,這也是傳統(tǒng)包裝的功能和特點(diǎn)。隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步,人們在包裝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)的要求和用戶對產(chǎn)品功能的需求,使其具備傳統(tǒng)的包裝技術(shù)無法達(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)完成對運(yùn)輸包裝系統(tǒng)的優(yōu)化管理等。
1 功能材料型智能包裝技術(shù)的特點(diǎn)與發(fā)展
功能材料型智能包裝是指通過應(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,對環(huán)境因素具有“識別”和“判斷”功能的包裝。包裝材料復(fù)合制成,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(shù)。這是一種很有發(fā)展前途的功能包裝,對于需長期貯存的包裝產(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變色的塑料薄膜,膜上涂有不同波長的反向干涉涂層。在正常情況下涂層呈明亮色彩,一旦被動用,涂層便開始剝落,薄膜變成灰色,剝落部分還會產(chǎn)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。美國國際造紙公司采用以色列能量紙公司(PowerPaper)開發(fā)出來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產(chǎn)品包裝來吸引消費(fèi)者。這類包裝材料還有20世紀(jì)90年代開發(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帶來包裝的多項(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,往往作為長期研究的計劃。
2 功能結(jié)構(gòu)型智能包裝技術(shù)的特點(diǎn)與發(fā)展
功能結(jié)構(gòu)型智能包裝是指通過增加或改進(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潔。
這種功能結(jié)構(gòu)型智能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(jié)構(gòu),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,以注塑成形方法制成,容器內(nèi)層分成多個間隔,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,容器內(nèi)的水及石灰石便會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),發(fā)放熱能,進(jìn)而令產(chǎn)品加熱。自動冷卻型包裝內(nèi)置一個冷凝器、一個蒸發(fā)格及一包以鹽做成的干燥劑,冷卻時由催化作用所產(chǎn)生的蒸氣及液體會貯藏于包裝的底部。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種智能自動型包裝適合野外作業(yè)人士使用,例如探險、單車、釣魚愛好者等。
通過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未成年兒童和智力低下及障礙人士開發(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(jié)構(gòu)特點(diǎn)大約有以下幾種:1)壓扭蓋: 這是一個復(fù)合式的瓶蓋,由同時進(jìn)行的按壓和扭轉(zhuǎn)兩個動作來完成。2)掀開蓋: 這也是較流行的兒童防護(hù)蓋。使用時要求蓋與瓶上的記號(箭頭)對準(zhǔn),然后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(nèi)凸的舌頭(高1~2mm,長2~3mm)和內(nèi)塞組成。需加一定的力作拉拔動作以克服內(nèi)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,其原理類似于插口式燈座。美國1981年公布的環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)條例,對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就需再做試驗(yàn),以確認(rèn)其對兒童安全的保護(hù)性。
包裝結(jié)構(gòu)的改變可以用來提高包裝的可靠性,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)”,它們只有通過打開或破壞一個顯示物或障礙物才能取出內(nèi)部產(chǎn)品的一種包裝。這個顯示物或障礙物一旦破損就給后來的消費(fèi)者提供可見的證據(jù)——說明原產(chǎn)品包裝已被人干擾過(見美國食品和藥品管理局于1982年11月5日在《聯(lián)邦注冊》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密封的被破壞提供可見的痕跡,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。一種為斷開式或撕拉式,另一種是真空式。也可輔以內(nèi)封物(見瓶口內(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)上的變化具有開發(fā)成本低、功能效果明顯的特點(diǎn),可作為短期開發(fā)的主要目標(biāo)。