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直接染料是以磺酸基或羚基的鈉鹽形式存在，在水中會電離出染料的色素陰離子和鈉離子。直接染料是在中性或弱堿的條件下上染亞麻的。

在中性或弱堿的條件下，纖維素纖維中形成纖維素負離子，纖維表面帶有負電荷，纖維周圍的鈉離子由于庫侖引力的作用(就是兩個正反電荷之間的引力作用 庫侖力分為引力和斥力 同號電荷之間是斥力作用)，必定向纖維的界面轉移，在纖維的表面做擴散層的分布，在纖維的界面上濃度最高，隨著離纖維界面距離的加大，濃度逐漸降低，直至與染液中的本體濃度相當。

為了維持電荷中性，染液中必會有等量的染料陰離子向纖維的界面轉移，在染料的色素陰離子向纖維界面進行轉移的過程中，由于庫侖力是遠距離的作用力，染料色素陰離子首先受到的是纖維表面的負離子對它的排斥作用，只有那些由于碰撞或染色時溫度的提高，瞬間具有更高能量的染料色素陰離子才能克服這種斥力產生的擴散能阻，突破一定的障礙進入到一定距離范圍之內，由作為近距離作用力的范德華力起主要作用力，從而將染料的色素陰離子拉向纖維的表面，被纖維的表面吸附，再借助纖維內外層的濃度差，進一步擴散進入纖維無定形區的內部，完成染料的擴散上染過程，染色過程也就基本結束。