智能包装

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智能包装调研报告
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一、调查目的
掌握基本的智能包装发展趋势，了解智能包装所应用到的科技技术和 应用范围。
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二、调查对象及其一般情况
调查对象：智能包装（主要是所用到技术） 一般情况：主要技术应用为周围环境感应，人机交流，人本位思想核 心的概念贯穿。
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三、调查方式
本次调查采用资料查询方式，网络咨询、图书馆为主要调查途径。
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2O世纪末科学家就预测，作为信息的载体电子纸将替代传统的纸张。 电子纸的使用不仅让人们的阅读更加便利，实现交互式阅读，而且可以有 效地保护环境，因为人类不使用传统的纸张，就会减少对制作纸张的树木 的砍伐，大大降低了人类对森林的消费需求。随着技术的不断发展，超薄 型的柔性显示媒介：电子纸正在逐步成为现实，电子纸在包装领域的应用， 也开始提上议事日程。在传统领域的包装持续增长要求开发新产品，将先 进的电子和信息技术融合到外部包装制品中属于新兴领域，这些新产品从 表面上看像传统包装的包装纸，玻璃纸，但实际是智能系统：具备传感， 交流和计算能力。 包装技术的发展是随着商品流通的发展需要而发展起来的。对于商品 来说，包装主要是起防护、隔离、定量、装璜和说明的作用，这也是传统 包装的功能和特点。随着市场经济的发展和技术的进步，人们在包装中加 入更多的智能化技术成分，以满足日益复杂的流通系统的要求和用户对产 品功能的需求，使其具备传统的包装技术无法达到的功能。因此了解、研 究智能包装技术以适应我国包装工业的发展和全球经济一体化，具有很大 的现实意义。 综合研究状况以及作业需求，对智能包装进行了一系列的调查。
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2．1 导电高分子材料电子纸
导电聚合物在包装中有广泛应用，可以用做防静电，用作防腐涂料和 防静电涂料。日本制得的透明PPY、PAN防静电涂层，用于电脑软盘、防 静电包装、静电屏蔽等效果非常好。 保护功能相当好。防电磁导电高聚物作为防电磁材料下在方兴未艾。 美国UNIX公司通过溶液共混制备出了性能优异的透明导电涂层，透光率约 80％ ，表面电阻率只有190Q，有望在防电磁透明包装中使用。利用导电聚 合物吸收微波的特性，美国开发了隐身飞机，隐身洲际导弹，法国已研制 了隐形潜艇等等；美国还将用作远距离加热材料，用于航天飞机中的塑料 焊接与维修。更重要的是，导电聚合物可以进一步制作成为电子纸，并在 包装方面获得用途。 1)观察窗：导电聚合物中，PrrP、PPY、PAN等高聚物的性能稳定、变 色效果显著，可作为智能观察窗使用。日本的丰田公司和美国Chronar公司 都采用聚苯胺试制了智能窗。丰田公司的PAN／W03复合智能窗响应时间 约Is，变色循环次数达lO 万次，光线透过度可高达80％。而Chronar公司的 聚苯胺智能窗光学响应时间低于1s，循环变色次数亦达几万次。美军Natick 研究所有关人士指出，如果能够进一步地提高导电聚合物的响应速度及循 环寿命，导电聚合物智能窗将会更快进入军用阶段。这对国防军品的长期 包装贮存是十分有利的，将会节省许多清查仓贮的人力、物力和时间。
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2 电子纸在包装领域应用
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包装材料和包装方式千变万化，电子纸在包装领域的应用，主要着眼 于包装的功能提升，即在满足普通包装材料要求的基础上，使用户通过包 装，方便快捷地获得更多信息。从该角度考虑，许多类型的电子纸，都可 能应用于包装领域。例如，将电子纸的显示功能于RFID智能标签结合，在 保持无接触数据读取、传输和处理的同时，还可以显示必要的信息，供视 觉确认。
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1．4 电致显示电子纸(ECD)
在2002年的SID年会上，SONY 公司首次报道了一种屏4英寸、象素 320 X 240，解象力loppi、反差20： 1的电子纸，而且反射亮度达73％ (一般EPID是40％ ，TN—LCD是5 ％ ，报纸50— 6o％)，控制电压小 于5V，响应时间lOOms。该电子纸 是将一层白色胶体夹在两个电极之 间，通过电化学反应使银溶解或者 析出，当银离子析出为原子状态B寸， 就可以在透明电极一侧看到黑色显 示，加上反向电压，会使银原子氧 化成为物色状态，此时只能看到白 色胶体。因此，从原理上看，这种 电子纸实际上按照氧化还原机制进 行工作。
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四、调查时间: 五、调查内容：
2009年10月—11月
最新发展动态，概念，智能化程度，人们对智能包装的认识，普通包 装与智能包装的区别。
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六、调查结果：
智能包装技术是集合了多元知识基础的新兴技术分支。创造性设计和 人本位思想则是“智能化包装”技术的精髓。智能包装技术的出现使商品 及其包装对于人类更具有亲和力，使商务信息的人机交互式沟通更为简捷。 智能型包装在保护消费者权益与人身安全、保护市场正常秩序、方便商务 电子化、开发新颖的产品消费形式方面将起到其重要的作用，具有极广阔 的发展前景。 智能包装包括：功能材料型智能包装、功能结构型智能包装及信息型 智能包装。它具体体现为：利用新型的包装材料、结构与形式对商品的质 量和流通安全性进行积极干预与保障；利用信息收集、管理、控制与处理 技术完成对运输包装系统的优化管理等。 首先要提到的是智能包装的载体，智能包装纸，或者叫电子纸。
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1 电子纸技术
电子纸，又称为数字纸或智能 纸，是一种使用柔性材料制作， 同时具备纸张和电子显示器件特 性的新型媒体。目前已经发表的 原理型电子纸可以粗略地分为两 大类。一类形态类似纸张，可以 通过非接触型打印等方式，重复 用于不同信息的显示和消除；另 一类形态类似便携式薄膜显示器， 内置CPU和储存器，用于文字和 图像信息的显示。原理技术主要 有：电泳显示、胆甾液晶显示， 色粉显示板、双色性染料液晶、 旋转球显示(Gyricon)等。
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1．1 电泳显示电子纸
电泳影像，包括激光静电复印和电泳影像显示技术(Eleetrophoretie Imaging Display，简称EPID)。EPID由日本松下公司于1973年首先发表，随 后，PHILIP，XEROX，东京大学也相继开展了该技术在光学显示影像系统的 应用研究。 电泳显示电子纸的原理是，荷电微粒子分散在悬浮液体中，当对该分散系 施加电场时，带电粒子就在悬浮液体中发生电泳，实现显示。由于分散体系中 悬浮液和带电颗粒的比重非常接近，当电压撤除时，电泳粒子能够在原位保持 一定时间，这一特点，称为电子纸的双稳态(bistable)，它使电泳显示器件具备 一定的存储功能。按照电泳材料的不同和实现颜色变化的原理，电泳显示电子 纸包括普通颗粒分散液体系电泳显示器、纳米粒子电泳显示器、微胶囊电泳显 示器和色粉显示板等。 显然，柔性材料电极是各种电子纸制作不可或缺的材料。世界上第一批印 刷高分子半导体晶体管由贝尔实验室制造，第一批电泳显示电子纸原理型产品， 也是由朗讯一贝尔联合E—INK公司制造。使用可溶性聚合物半导体材料，例 如3一己基噻吩，可以制作薄膜晶体管分子器件电极，这些聚合物半导体的场 效应迁移率，至少是10 cm •Vs-1。柔性薄膜晶体管制作的技术关键是微印刷 ， 即类似“橡皮图章 的印刷方法。这种橡皮图章由二甲基硅烷聚合物制备，它 可以使单层有机物分子透过，到达支持体上，获得单分子层EI]BU电路。
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1．3 液晶显示电子纸技术
从1888年奥地利人Reinitzer发现液晶，到1972年液晶手表和液晶计算 器的实用化，目前，液晶显示技术已经在平板显示领域占据了主导地位， 胆甾液晶和碟状液晶也开始在电子纸技术中得到应用。照片质量的液晶显 示器(UXGA T丌一LCD)的开发，有望应用电子纸显示照片质量画面，具体 的系统有胆甾液晶电子纸显示器 ，双色性染料／液晶复合膜 等。尽管液晶 显示对环境因素要求比较高，但仍有可能在包装领域获得应用。
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1．5 其他电子纸及应用技术
其他电子纸技术，如，聚合 物胶体显示材料 、有机电致发光 薄膜 、隐色染料型电子纸(LDD) 、 电致润湿变化(Electrowetting)等 也得到深入研究。贝尔实验室的 S．Jin等发现了一种透光的导电 复合材料，有可能应用在视频通 讯仪器、电子纸和触摸屏方面。 菲利普公司开发的柔性发光显示 器，由编织物与电致发光材料组 合而成，以织物的每一个交叉点 为象素，样品长度达3m、有望广 泛应用于手机、PC显示器、电视、 壁挂式照片和工艺美术挂毯等。 无墨水EDBU电子纸是重要 的应用方向。有人发明了一种电 泳显示打印头，在打印头上安装 一个与电子纸的背电极配合的前 电极，在这个前电极上预先制作 显示控制系统，当打印头扫描过 电子纸，电子纸就会实现或者消 除显示，这就是电子纸无墨 EDBU。
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3)聚合物发光二极管电子纸：1990年以后，有机发光二极管一直是科 学家奋斗的目标，导电高聚物为实现这一目标创造了条件。1992年，美国 的UNIX公司制成了柔韧可弯曲的导电聚合物发光二极管。该二极管的第一 层是聚对苯二甲酸乙脂PET，第二层为聚苯胺PAN薄膜(正电极)；第三层 是发光薄膜(MEH—PPV)以及上层的钙膜负电极。如此制得的发光二极管 在2—3V电压下可发出桔黄色光。若采用不同的发光层(PPV)还可获得不同 颜色的光，光亮度适中，在通常室内光线下很容易观察到。为发光包装标 识或特殊指示如数量、时间创造了条件。 4)包装光学器件与防伪包装：除导电外，导电聚合物还有优良的光电 特性。例如聚苯胺受光辐射时可产生光电流，具有显著的光电转换特性。 利用它们的光电特性制作成为电子纸，超市包装条码的信息处理将发生巨 大的变革。 总之，导电聚合物具有诸多优良性能及广泛的应用前景。现今虽然在 包装领域有了一些典型的应用，但离广泛推广应用还有不少距离，正如纳 米技术一样，仍需科学家和包装工作者共同努力，各种新包装才会在新世 纪里放出异彩。
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• 2)柔电池：导电聚合物中特别是聚 苯胺有良好的氧化还原逆性，用得 最多的是制作二次电池。以聚苯胺 作正极的全塑电池是近几年的一个 研究热点。聚苯胺作为二次电池的 材料的研究始于1970年，研究表 明全塑电池的比能量可高达 560Wh／kg，是现有聚合活性物 中最高的。 2001年美国包装业巨头— —国 际造纸公司推出一种智能新包装， 使商品包装装潢变得活灵活现，也 给整个包装业带来革命。这种新包 装采用以色列能量纸公司开发出来 的一种用导电聚合物制成的超薄柔 软电池，这种新型电池可像油墨一 样被“印刷 在产品的包装上。
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• 1 功能材料型智能包装技术的特点与发展 功能材料型智能包装是指通过应用新型智能包装材料，改善和增加包 装的功能，以达到和完成特定包装的目的。目前，研制的材料型智能包装， 通常采用光电、温敏、湿敏、气敏等功能材料，对环境因素具有“识别” 和“判断”功能的包装。包装材料复合制成，它可以识别和显示包装微空 间的温度、湿度、压力以及密封的程度、时间等一些重要参数。这是一种 很有发展前途的功能包装，对于需长期贮存的包装产品尤为重要。 这种材料智能型的包装用途十分广泛，技术发展十分迅速，出现了许 多技术成熟的产品。美国光学涂料试验中心和PA技术公司研制出一种在外 力作用下会变色的塑料薄膜，膜上涂有不同波长的反向干涉涂层。在正常 情况下涂层呈明亮色彩，一旦被动用，涂层便开始剥落，薄膜变成灰色， 剥落部分还会产生花纹，从而提供了此包装曾启封过的警示信号。这种材 料很适合作包装封记。
民族电子
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将智能纸包装替换传统纸包装
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一、智能包装调研报告 二、智能包装设计草图 三、智能包装概念效果图及说明 四、结束语
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一、调查目的 二、调查对象及其一般情况 三、调查方式 四、调查时间 五、调查内容 六、调查结果 七、调查体会
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1．2 旋转球显示电子纸(Gyricon)
由美国施乐(Xerox)公司发明的Gyricon(旋转成象)反射型电子纸，也称 旋转球显示器(twisting．ball display，rotary balldisplay)、偶极微粒(电子) 光阀。最早的旋转球电子纸概念是由Nick Shefidon于1973年提出，是典型 的电子纸。其基本构成是，在两层透明塑料电极的密封腔体中，充满油性 液体，液体中分散着黑白间半的两色球微粒，白色半球反射光，黑色半球 则吸收光。在脉冲电压的作用下，由于双色球偶极子的扭矩力，小球在液 体中发生转动实现显示。这种原理的电子纸通常应用于室内设计装饰光电 子控制屏幕，如电子窗帘，电子活动百叶窗，室内电子屏风等。这些都有 可能在包装材料领域得到应用。