基于RFID的智能包装技术系统

基于RFID的智能包装技术系统

引言

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。

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

信息型智能包装

1.3

智能包装发展趋势

具有交互体验智能包装：将交互体验设计和智能包装技术进行有效融合，使包装从外观上及表现形式上，可与消费者进行互动、情感交流，并结合内容定制，使包装更加贴近消费者，获得消费者认可。

2、印刷电子技术在智能包装中应用

2.1

印刷纸电池

2.2

印刷传感器

2.3

RFID 印刷

RFID是目前应用较为广泛的智能包装技术，但是传统的RFID由于存在明显的缺陷，导致难以大面积普及和推广。同时无源RFID读取不便、易受干扰， RFID天线印刷制备复杂，生产过程产生大量废液等污染物，也阻碍RFID在包装中的应用和发展。而印刷电子技术的出现和兴起，可为RFID提供很好的解决方案。目前，采用丝网印刷和喷墨打印可直接实现RFID天线印制，印刷纸电池的出现则很好解决无源RFID在读取精度、范围、灵敏度等方面的缺陷。采用印刷电子技术制备RFID可实现大规模生产制作，有效降低生产成本，加快其在智能包装行业中的应用。RFID印刷研究重点主要在导电油墨研究方面， Merilampi等［52］通过研究获得一种含聚合物银导电墨水，在纸质基材上具有良好的印刷适性;曹彬等［53］通过研究制备得到一系列不同银微粒含量导电油墨，并通过丝网印刷获得不同银含量油墨在相对应条件下的印刷工艺参数。

目前，基于RFID技术的智能读写标签已广泛应用在瓦楞包装、塑料包装、食品、药品、酒类等包装中，在食药品包装中，通过将RFID标签、传感器、印刷电池等集成在包装上，可实时采集包装流通过程中信息，监控产品质量，还可用来防止假冒和伪造;在酒类包装中，通过RIFD的定位功能，可有效防止假冒产品和产品窜货;在瓦楞纸箱和塑料包装容器中，则可利用RIFD定位、追踪功能，实现产品回收和循环利用。

3、印刷电子智能包装应用实例

在物联网、移动互联网和5G技术的进一步结合和发展，同时随着印刷电子技术及其相应的材料、工艺、产品的逐渐成熟，结合印刷电子技术在智能包装呈现出更广泛的功能，其应用情况场景也不断丰富，具体应用实例如下。

3.1

印刷纸电池在智能包装中应用实例

基于印刷纸电池技术的智能包装，主要是利用微型化、柔性化的纸电池作为动力源为包装提供能源， 使包装产品在不同应用场景实现不同功能，相关应用实例如表1所示［37］。

3.2

印刷传感器在智能包装中应用实例

印刷传感器在智能包装中应用，主要是利用传感器监测包装产品质量，监控外部环境情况、供应链、运输情况等，使包装产品具备感知功能，具体应用实例如表2所示［37］。

3.3

RFID在智能包装中应用实例

RFID/NFC在智能包装中应用，主要是利用其具有的通信、定位和数据交换等功能，使其成为智能包装体系中的感知层， 再集合管理系统和数据平台， 对包装在生产、 仓储、 运输过程中质量信息以及销售分布等进行记录、统计和分析，为产品销售、生产等提供决策支持，具体应用实例如表3所示［37］。

4、结语

随着印刷电子技术和智能包装不断深入结合，包装功能将得到进一步的拓展和延伸，各种新兴技术也将会不断应用到包装产品中，使包装的智能化、实用化得到进一步提升，通过包装品质优化提升产品价值，从而使包装产业更好服务制造业和国民经济发展。在消费升级和新零售的助推下， 通过进一步开发形式多样的智能包装产品，丰富智能包装在产品溯源、食品安全、智能及冷链物流、防伪验证等方面的应用场景，形成智能包装产业链，实现智能包装更好更快发展。 责编AJX