由于天然染料分子结构复杂，种类繁多，对纤维的上染机理因类型而异，其染色方法也有较大差异，对蛋白质纤维和纤维素纤维而言，染色方法主要有无媒染色法、先染后媒法、先媒后染法；对合成纤维而言，主要分为常压染色和高温高压染色。一般来说，棉、麻的染色性较之蚕丝、羊毛的差。
（一）直接染色法
某些植物染料的天然色素对水的溶解度好，染液能直接吸附到纤维上，就可以采用直接染色法，如栀子。将栀子果加水煮沸60min，提取2次。提取液在40～45℃，加醋酸调节pH值在5左右，放入棉织物染10min后水洗，可得灰黄色。亲水型天然染料如胭脂红酸，水溶性好，具有阳离子性的化学结构，可以直接上染蚕丝。
（二）媒染法
某些植物染料天然色素对水的溶解度很好，染液也能直接吸附到纤维上，但染色牢度不佳，需用媒染法进行染色。媒染的过程一般分为先染后媒、先媒后染或先媒再染再媒等方法。先染后媒法的染色步骤为：
（1）染液的制备。将植物的树皮、树干、根、叶等切碎，放入有水或乙醇的容器中，提取染液。
（2）染色。将提取的染液加热，浸入纱线或织物沸染20～30min。
（3）媒染。将染色后的纱线或织物，在含有媒染剂的溶液中浸渍30～40min，媒染剂视要求的色泽，使用含铝、铜、铁或锡等的化学品。
（4）水洗干燥。对于像茜草类本身对纤维的直接性很低，但分子中具有络合配位基团的，可通过先媒染，使纤维上吸附金属离子，然后染料与金属离子以络合键在纤维上固着。其染色顺序为：媒染→水洗→染色→水洗→干燥。无论先染色后媒染或先媒染后染色，都可视需要进行反复若干次的染色。
（三）还原染色(www.xing528.com)
还原染料型天然染料如靛蓝，本身不溶于水，需在碱性溶液中用还原剂将其还原成可溶性的隐色体靛白，溶解于水中后染料分子吸附在纤维表面而上染纤维，然后将织物透风氧化，靛蓝隐色体重新变为不溶性的靛蓝而固着在织物上。染色过程与还原染料的染色过程相似。
（四）合成纤维染色
对合成纤维而言，可采用常压染色和高温高压染色，染色工艺根据染料性质而定。茜草、紫草（图6-32）和大黄等天然染料的色素结构中都有蒽醌或萘醌，与分散染料的结构十分类似。它们的相对分子质量很小，并具有疏水性。用这几种染料对聚酯纤维进行染色试验，其吸附等温线符合分散染料染聚酯的Nernst等温线，表明这些天然染料上染聚酯的机理类似分散染料。
图6-32 茜草和紫草的分子结构
聚酰胺纤维中含有氨基和羧基，可用离子型染料染色，如酸性和金属络合染料，其吸附机理为Langmuir机理；同时作为疏水性纤维也可用分散染料染色。用紫草、胡桃醌等萘醌型天然染料染色时，其吸附机理符合分散染料染聚酯时的Nernst等温线；而用胭脂树染色时，因其色素为线型离子型分子，则应用时不止出现一种机理，但Langmuir机理占优势。
天然染料黄檗中所含的小檗碱（图6-33）是一种阳离子染料。这种染料生长在小檗属植物的根部，具有明亮的荧光黄颜色。小檗碱是一种生物碱，其结构与阳离子染料相似，可以用它来染丙烯腈纤维。热力学研究结果表明其染色机理符合Langmuir吸附等温线，表明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。
图6-33 小檗碱的分子结构
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