直接染料具有磺酸基(-s仇H)或致基(-COON)等水溶性基團分子結構排列成直線型，芳環結構處于相同平面，因此直接染料對纖維素纖維具有較大的親和力，在中性物質中直接染色，只要把染料溶解干水，即可進行染色。
染料在溶液中被纖維吸附到表面，然后持續向纖維的無定形區擴散，與纖維大分子產生氫鍵和范德華力的結合。其派生的染料有直接耐曬染料和直接銅鹽染料。
直接染料包含-S03Na、一COONa等水溶性基團，溶解度隨溫度的升高而顯著增大，對于溶解性差的直接染料可以加純堿助溶。直接染料不耐硬水，多數能與鈣、鎂離子結合生成不溶性沉淀，使染色織物產生色斑，因此直接染料務必用軟水溶解。生產中染色用水如過強度偏高，可加入純堿或六偏磷酸鈉，既有助于染料溶解，又有軟化水的效果。
直接染料對纖維素纖維的直接性較其他染料高。這主要是由于直接染料的分子量較大，分子結構呈線型，對稱性較好，共軛體系長，同平面性好，染料和纖維分子間的范德華力大。同時，直接染料分子中包含氨基、羥基、偶氮基等基團，能與纖維素纖維中的羥基，蛋白質纖維中的羥基、氨基等產生氫鍵，使染料的直捿[生持續提高。
直接染料上染纖維素纖維時，鹽起促染作用。其促染機理是，直接染料在溶液中離解成色素陰離子上染纖維素纖維，纖維素纖維在水中也帶負電荷，染料和纖維之間存在電荷斥力，在染液中加入鹽，可減少電荷斥力，提高上染速率和上染百分率。不一樣的直接染料鹽的促染效過是不一樣的。分子中含磺酸基較多的鹽效應直接染料，鹽的促染作用顯著，促染時鹽應分批加入，以保證染料上染均勻。上染百分率低的直接染料需要多加鹽，具體用量可按染料品種和染色深度而定。勻染性要求相當高的淺色產品應適當減少鹽的用量，避免造成局部上染不勻，出現色花等染疵．
溫度對不同染料上染性能的影響是不一樣的。對于上染速率高、擴散性能強的直接染料，在60一70℃得色zui深，90℃以上上染率反而下降。這類染料染色時，為縮短染色時間，染色溫度采用80一90℃，染色一段時期后，染液溫度漸漸減少，染液中的染料繼續上染纖維，以提高染料的上染百分率。對于聚集程度高、上染速率慢、擴散能力差的直接染料，提高溫度可以加快染料擴散，提高上染速率，并帶動染液中的染料吸盡，提高上染百分率。在常規染色時間內，獲得zui高上染百分率的溫度叫作zui高上染溫度。根據zui高上染溫度的不同，生產上常把直接染料分成zui高上染溫度在70℃以下的低溫染料，zui高上染溫度在70一80℃的中溫染料和zui高上染溫度在90一100℃的高溫染料。在實際生產中，棉和粘膠纖維針織物一般在95℃左右染色，真絲針織物的染色溫度較低，因為過高的溫度有損纖維光澤，其zui佳染色溫度為60一90℃。適當減少染色溫度，增加染色時間對生產有利。
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