掌握天然染料的染色机理可以对其上染过程进行控制，预测染色效果，确定和优化染色工艺。天然染料的染色机理没有统一定论。天然染料的来源及染色织物的不同使其染色机理有很大差异。由于天然染料品种繁多，结构复杂，目前对各类纤维的染色热力学和动力学方面的研究还很不充分。国内外专家学者研究表明，大多数天然染料对纤维染色没有直接性或直接性很小。还原性染料是通过染料分子聚集吸附在纤维表面，因而耐摩擦色牢度较低；蒽醌类天然染料对锦纶、涤纶等合成纤维染色与合成染料对合成纤维染色机理大相径庭，吸附等温线属于朗格缪尔（Langmuir）型，染色为吸热过程，温度升高，上染率增加；天然染料具有络合配位结构基团，如—OH、—COOH、C.O等能够与多价金属离子形成外轨（内轨）型络合物，媒染时染料先上染蛋白质纤维再与媒染剂发生络合，同时吸附在蛋白质纤维表面上的染料分子立即与金属离子形成一种不溶性络合物而固定在纤维上，提高了固着率，染色牢度明显提高。
举一些实例：胭脂红酸等亲水型天然染料，水溶性好，具有阳离子性的化学结构，可以上染蚕丝。姜黄和大黄天然植物染料进行染色，其与改性纤维素纤维的结合主要为离子键结合，上染符合朗格缪尔吸附等温线。紫草、胡桃等天然染料进行染色时，其吸附机理符合分散染料染聚酯时的能斯特（Nernst）吸附。胭脂树染色时，因其色素为线型离子型分子，不止出现一种机理，但Langmuir机理占优势。五倍子色素的染色机理为，其与不同的金属离子之间形成的络合物不同，导致织物上显示的颜色特征值也不同，色素与真丝纤维的吸附等温线属于F型，经五倍子色素染色后的真丝织物，静态和动态悬垂性增加，强力略有增加，透气性略有下降。茜草上染羊毛、丝绸、涤纶、锦纶，四种纤维对茜草的吸附属于Nernst吸附，具有分散染料特性。小檗碱上染丙烯腈纤维，带正电荷的染料可以和带负电荷的纤维形成离子键，使染料吸附在纤维上，其染色机理符合Langmuir吸附等温线。莽草宁、苏仿等媒染型天然染料对纤维的直接上染性很低，通过媒染剂与染料分子形成络合物上染，但媒染前后色调有些变化。分子结构为萘醌的天然染料如大黄、胡桃醌、紫草素染色聚酯纤维和尼龙纤维，染色吸附等温线符合Nernst吸附。紫檀对羊毛和锦纶染色符合Nernst吸附等温线，紫檀对锦纶有更强的亲和力。(www.xing528.com)
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