天然染料源于自然，与环境相容性好，生物可降解，对人体健康无害，符合现代人们对自身健康以及对环境保护的要求。但是，天然染料对棉纤维染色存在上染率低和色牢度差的问题，严重制约了天然染料染色棉制品的开发和应用。针对上述问题，本论文应用反应性和非反应性两类改性方法，开发了基于纤维改性的棉织物天然染料染色技术，显著改善了天然染料在棉织物上的染色性能。　　 本论文分别应用反应性改性剂和非反应性改性剂对棉纤维进行阳离子化改性，阐明了反应性改性剂和非反应性改性剂对棉纤维的作用机理，探讨了棉纤维-改性剂-天然染料三者之间的作用机制。以天然染料染色棉织物K/S值为指标，优化了上述改性剂对棉织物的改性工艺和天然染料在改性棉织物上的染色工艺。通过Zeta电位分析、热重分析、红外分析和X-射线衍射分析表征了改性前后棉纤维的ζ电位、热稳定性、官能团和相对结晶指数等变化情况。通过运用准一级动力学模型和准二级动力学模型研究天然染料在改性棉纤维上的染色动力学性能；通过运用Langmuir、Freundlich和Nernst等3种等温吸附线理论模型研究天然染料在改性棉纤维上的染色热力学性能。　　 研究结果表明：通过非天然物质的反应性改性和阳离子表面活性剂的非反应性改性，在棉纤维上引入大量季铵基团，显著降低棉纤维负电性。改性棉纤维与阴离子性天然染料之间主要以库仑引力吸引，天然染料染色棉织物具有较高的得色量、色牢度和匀染性。四种天然染料在改性棉纤维上的染色动力学符合准二级动力学模式，即支持天然染料在改性棉纤维上的吸附除了由库仑力作用引起的单分子层定位吸附外，还存在着如范德华力或其它分子间力的作用而引起的多分子层非定位吸附这一假设。四种天然染料在改性棉纤维上的吸附介于Langmuir吸附模型和Freundlich吸附模型之间，即天然染料在改性棉纤维上的吸附，除了定位吸附外，还存在着非定位吸附。　　 此外，本文还对天然染料染色棉织物的耐日晒性能、抗紫外性能、近红外迷彩伪装和抗菌性做了一定研究，研究结果表明：针对天然染料不同分子结构与性能，抗氧化剂、紫外吸收剂和多元羧酸整理剂在一定程度上可提高天然染料染色棉织物的耐日晒性；天然染料染色棉织物吸收了大约80％的紫外辐射，具有良好的紫外防护能力；天然染料紫草和青黛染色棉织物有较好的近红外迷彩防护功能；部分天然染料染色棉织物具有一定的抑菌性。