本发明属于纺织材料技术领域，具体涉及一种基于纤维素基气凝胶的染料及其制备和染色方法。
背景技术：
很久以来，我国对纺织品的染色或涂层加工就有很深的研究，从开始的矿物色，到植物色，以至于现在的合成染料。其中，天然染色源于自然，对人体健康无害，可生物降解，而且随着近年来绿色自然概念深入人心，天然染料又开始走进人们的视野，成为研究的热点。
目前天然染料染色方面的研究多关于天然植物染料，如茜草、苏木、槐米、紫草和姜黄等植物原料，经超声波、溶剂萃取等得到植物染料，然后经稀土、柠檬酸和壳聚糖等络合进行染色，得到色牢度较为稳定的纺织品。但是目前天然植物染料与纤维素纤维和化学纤维的亲和力较弱，色牢度低，而且天然植物染料对光较敏感，容易变色，因此，提高天然染料的染色性能，提高天然染料的使用范围显得尤为重要。
纤维素气凝胶是一种来源广泛、可降解、生物相容性好的三维多孔纳米材料，具有超高的比表面积、高孔隙率、低密度和低热导率等特性，在力学、热学和光学等众多领域有广泛的应用，但是在纺织染料方面的应用并不多见。中国专利CN 105148868A公开的纳米纤维素基复合气凝胶型有机染料吸附材料的制备方法，将表面含羧基的纳米纤维素和表面含胺基的纳米纤维素作为主要原料，通过羧化壳聚糖、海藻酸钠或者壳聚糖作为助剂，辅助交联剂，经冷冻干燥制备形成复合气凝胶。该方法制备的复合气凝胶对多种染料的吸附率高。中国专利CN 104945004A公开的一种新型再生纤维素纤维-气凝胶的复合材料及其制备方法，将再生纤维素纤维作为骨架，纤维基气凝胶吸附于再生纤维素纤维表面形成复合材料，可用于保温、隔热、隔音和吸附领域。
由上述现有技术可知，目前纤维素气凝胶在纺织方面的应用多是运用其保温隔热和吸附方面的性能，但是将纤维素气凝胶运用于纺织染料领域的报道并没有。本发明的申请人将纤维素气凝胶运用于纺织染料，充分利用纤维素凝胶的纳米级超强吸附能力和分散能力，力求提高天然染料的染色性能。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种基于纤维素基气凝胶的染料及其制备和染色方法，该基于纤维素基气凝胶的染料中含有矿物染料、植物染料、纤维基气凝胶、壳聚糖、表面活性剂和溶剂，将蓝铜矿作为矿物染料，靛蓝染料作为植物染料，壳聚糖作为增稠剂和黏合剂，通过纤维基气凝胶作为吸附剂和改性剂，制备得到适合天然纤维织物染色的染料，制备方法和染色方法简单，染色效率高。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种基于纤维素基气凝胶的染料，所述基于纤维素基气凝胶的染料中包含气凝胶、天然染料和助剂，所述天然染料为天然植物染料和天然矿物染料，所述气凝胶为纤维基气凝胶，所述助剂为增稠剂、分散剂、pH调节剂和溶剂，所述增稠剂为壳聚糖，所述分散剂为阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂，所述pH调节剂为柠檬酸和氨水，所述溶剂为去离子水。
作为上述技术方案的优选，所述天然植物染料为靛蓝染料，所述天然矿物染料为蓝铜矿。
本发明还提供一种基于纤维素基气凝胶的染料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将矿物染料蓝铜矿碾压粉碎，磨球形成蓝铜矿粉末，将微纳米级蓝铜矿粉末加入草酸溶液中，加热溶解，加入铵盐溶液中，加热搅拌，形成天然矿物染料；
(2)将植物染料马蓝鲜叶洗净，剪碎，置于去离子水中，调节pH值至3-5，调节温度至50-60℃，超声处理，过滤除去滤渣，得到天然植物染料；
(3)将步骤(1)制备的天然矿物染料与步骤(2)制备的天然植物染料混合，加入表面活性剂，再加入纤维素基气凝胶，调节pH值和温度，均质搅拌，再加入壳聚糖，混合均匀形成基于纤维素基气凝胶的染料。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，蓝铜矿粉末的粒径为微纳米级，粒径为0.5-1μm。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，加热溶解的温度为70-80℃，加热搅拌的温度为75-80℃。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，天然矿物染料中矿物染料的质量分数为0.5-1％。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，天然植物染料中植物染料的质量分数为15-20％。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，基于纤维素基气凝胶的染料中的组分，按重量份计，包括：矿物染料1-3份，植物染料15-30份，纤维素基气凝胶5-8份，壳聚糖2-5份，表面活性剂3-6份，其他15-30份。
本发明还提供一种基于纤维素基气凝胶的染料的染色方法，其特征在于：将织物表面经清洁处理后，浸渍于基于纤维素基气凝胶的染料中，二浸二轧，取出，水洗，得到染色的织物。
作为上述技术方案的优选，所述织物为天然纤维织物。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备的基于纤维素基气凝胶的染料中含有矿物染料和植物染料，采用物理染料和化学染料相结合形成综合性天然染料，而且对矿物染料进行改性形成络合物，提高染料的稳定性，染料中还含有的纤维基气凝胶具有超高的吸附性能，可以作为黏合剂，可以将物理染料和化学染料牢固的吸附于织物的表面，提高天然染料的染色性能。
(2)本发明制备的基于纤维素基气凝胶的染料中还含有壳聚糖，壳聚糖分子具有优良的成膜性和增稠性，可以在染料的表面覆盖一层薄膜，增强染色的色牢度和色彩度。
(3)本发明制备方法简单，通过添加少量的气凝胶，可显著增加天然染料的染色性能，制备方法简便，染色方法也简单。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
(1)将矿物染料蓝铜矿碾压粉碎，磨球形成粒径为0.5μm的微纳米级蓝铜矿粉末，以料液比为1g:25ml，将微纳米级蓝铜矿粉末加入草酸溶液中，在70℃下加热搅拌至溶解，加入10ml的铵盐溶液中，在75℃下加热搅拌20min，形成天然矿物染料，其中，矿物染料的质量分数为0.5％。
(2)将植物染料马蓝鲜叶洗净，剪碎至长度小于5mm的沫渣，以料液比为1g:30ml，置于去离子水中，调节pH值至3，调节温度至50℃，在500W功率下超声处理30min，过滤除去滤渣，得到天然植物染料，其中植物染料的质量分数为15％。
(3)将天然矿物染料与天然植物染料混合，加入季铵盐表面活性剂和脂肪酸盐表面活性剂，再加入纤维素基气凝胶，调节pH值至5，调节温度至50℃，均质搅拌，再加入壳聚糖，混合均匀形成基于纤维素基气凝胶的染料，其中，基于纤维素基气凝胶的染料中的组分，按重量份计，包括：矿物染料1份，植物染料15份，纤维素基气凝胶5份，壳聚糖2份，表面活性剂3份，其他15份。
实施例2：
(1)将矿物染料蓝铜矿碾压粉碎，磨球形成粒径为1μm的微纳米级蓝铜矿粉末，以料液比为1g:30ml，将微纳米级蓝铜矿粉末加入草酸溶液中，在80℃下加热搅拌至溶解，加入15ml的铵盐溶液中，在80℃下加热搅拌30min，形成天然矿物染料，其中，矿物染料的质量分数为1％。
(2)将植物染料马蓝鲜叶洗净，剪碎至长度小于5mm的沫渣，以料液比为1g:50ml，置于去离子水中，调节pH值至35，调节温度至60℃，在500W功率下超声处理60min，过滤除去滤渣，得到天然植物染料，其中植物染料的质量分数为20％。
(3)将天然矿物染料与天然植物染料混合，加入季铵盐表面活性剂和脂肪酸盐表面活性剂，再加入纤维素基气凝胶，调节pH值至7，调节温度至60℃，均质搅拌，再加入壳聚糖，混合均匀形成基于纤维素基气凝胶的染料，其中，基于纤维素基气凝胶的染料中的组分，按重量份计，包括：矿物染料3份，植物染料30份，纤维素基气凝胶8份，壳聚糖5份，表面活性剂6份，其他30份。
实施例3：
(1)将矿物染料蓝铜矿碾压粉碎，磨球形成粒径为0.8μm的微纳米级蓝铜矿粉末，以料液比为1g:28ml，将微纳米级蓝铜矿粉末加入草酸溶液中，在75℃下加热搅拌至溶解，加入13ml的铵盐溶液中，在78℃下加热搅拌25min，形成天然矿物染料，其中，矿物染料的质量分数为0.7％。
(2)将植物染料马蓝鲜叶洗净，剪碎至长度小于5mm的沫渣，以料液比为1g:45ml，置于去离子水中，调节pH值至4，调节温度至55℃，在500W功率下超声处理45min，过滤除去滤渣，得到天然植物染料，其中植物染料的质量分数为17％。
(3)将天然矿物染料与天然植物染料混合，加入季铵盐表面活性剂和脂肪酸盐表面活性剂，再加入纤维素基气凝胶，调节pH值至6，调节温度至55℃，均质搅拌，再加入壳聚糖，混合均匀形成基于纤维素基气凝胶的染料，其中，基于纤维素基气凝胶的染料中的组分，按重量份计，包括：矿物染料2份，植物染料20份，纤维素基气凝胶6份，壳聚糖4份，表面活性剂5份，其他25份。
实施例4：
(1)将矿物染料蓝铜矿碾压粉碎，磨球形成粒径为0.7μm的微纳米级蓝铜矿粉末，以料液比为1g:28ml，将微纳米级蓝铜矿粉末加入草酸溶液中，在78℃下加热搅拌至溶解，加入15ml的铵盐溶液中，在75℃下加热搅拌30min，形成天然矿物染料，其中，矿物染料的质量分数为0.8％。
(2)将植物染料马蓝鲜叶洗净，剪碎至长度小于5mm的沫渣，以料液比为1g:45ml，置于去离子水中，调节pH值至3.5，调节温度至52℃，在500W功率下超声处理40min，过滤除去滤渣，得到天然植物染料，其中植物染料的质量分数为17％。
(3)将天然矿物染料与天然植物染料混合，加入季铵盐表面活性剂和脂肪酸盐表面活性剂，再加入纤维素基气凝胶，调节pH值至6.5，调节温度至55℃，均质搅拌，再加入壳聚糖，混合均匀形成基于纤维素基气凝胶的染料，其中，基于纤维素基气凝胶的染料中的组分，按重量份计，包括：矿物染料3份，植物染料25份，纤维素基气凝胶7份，壳聚糖3份，表面活性剂4份，其他20份。
实施例5：
(1)将矿物染料蓝铜矿碾压粉碎，磨球形成粒径为0.9μm的微纳米级蓝铜矿粉末，以料液比为1g:27ml，将微纳米级蓝铜矿粉末加入草酸溶液中，在70℃下加热搅拌至溶解，加入15ml的铵盐溶液中，在80℃下加热搅拌20min，形成天然矿物染料，其中，矿物染料的质量分数为0.8％。
(2)将植物染料马蓝鲜叶洗净，剪碎至长度小于5mm的沫渣，以料液比为1g:45ml，置于去离子水中，调节pH值至4.5，调节温度至60℃，在500W功率下超声处理50min，过滤除去滤渣，得到天然植物染料，其中植物染料的质量分数为18％。
(3)将天然矿物染料与天然植物染料混合，加入季铵盐表面活性剂和脂肪酸盐表面活性剂，再加入纤维素基气凝胶，调节pH值至7，调节温度至55℃，均质搅拌，再加入壳聚糖，混合均匀形成基于纤维素基气凝胶的染料，其中，基于纤维素基气凝胶的染料中的组分，按重量份计，包括：矿物染料1份，植物染料20份，纤维素基气凝胶6份，壳聚糖5份，表面活性剂4份，其他30份。
实施例6：
(1)将矿物染料蓝铜矿碾压粉碎，磨球形成粒径为0.7μm的微纳米级蓝铜矿粉末，以料液比为1g:25ml，将微纳米级蓝铜矿粉末加入草酸溶液中，在70℃下加热搅拌至溶解，加入15ml的铵盐溶液中，在80℃下加热搅拌25min，形成天然矿物染料，其中，矿物染料的质量分数为1％。
(2)将植物染料马蓝鲜叶洗净，剪碎至长度小于5mm的沫渣，以料液比为1g:40ml，置于去离子水中，调节pH值至5，调节温度至50℃，在500W功率下超声处理60min，过滤除去滤渣，得到天然植物染料，其中植物染料的质量分数为20％。
(3)将天然矿物染料与天然植物染料混合，加入季铵盐表面活性剂和脂肪酸盐表面活性剂，再加入纤维素基气凝胶，调节pH值至6，调节温度至60℃，均质搅拌，再加入壳聚糖，混合均匀形成基于纤维素基气凝胶的染料，其中，基于纤维素基气凝胶的染料中的组分，按重量份计，包括：矿物染料3份，植物染料20份，纤维素基气凝胶7份，壳聚糖5份，表面活性剂4份，其他25份。
实施例1-6的基于纤维素基气凝胶的染料的染色方法为：将天然纤维棉织物表面经清洁处理后，以浴比1:50，浸渍于基于纤维素基气凝胶的染料中，二浸二轧，轧余率为90％，取出，水洗，得到染色的棉织物织物。
经检测，实施例1-6制备的棉织物以及不含气凝胶的染料染色的棉织物的染色性能的结果如下所示：
由上表可见，本发明制备的基于纤维素基气凝胶的染料的上染率高，上色性能优异，而且各项色牢度有明显的提升。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。