رنگ و رنگرزی

رنگینه‌ها، فقط رنگ‌های زیبا نیستند. جستجوی مستمر در باره‌ی شیمیِ نهفته در رنگ، نتیجه‌ی مهمی داشته است: صنایع شیمیایی جدید از همین جستجو زاده شدند. رنگینه‌ها و رنگ دانه‌ها دنیای پیرامون ما را رنگین ساخته‌اند. طیف رنگ‌ها، از لباس‌ها تا اثاثیه و لوازم منزل، از گیاهان تا رنگ‌ها، از پلاستیک تا کاغذ، نتیجه‌ی رنگینه‌ها و رنگ‌ دانه‌هاست. رنگینه و رنگ‌دانه یکی نیستند. پانک‌ها می‌توانند موی خود را رنگین کنند. اما رنگ‌های روی تخته‌ی شستی یک نقاش هنرمند، رنگ‌دانه هستند. تفاوت در این است که مولکول‌های رنگینه با مولکول‌هایی که به آن‌ها می‌چسبند اتصالی تشکیل می‌دهند. این اتصال می‌تواند یک پیوند فیزیکی نظیر پیوند هیدروژنی، یا پیوند شیمیایی نزدیک‌تری باشد. رنگ دانه‌ها، سطح ماده‌ی زیرین را می‌پوشانند و پوششی از ذرات بر روی آن پدید می‌آورند که، برای مثال، از نمودار شدن پارچه‌ی کتانی در تابلو لبخند مونالیزا جلوگیری می‌کنند. یک تمایز عمده‌ی دیگر بین رنگینه و رنگ دانه موجود است. اغلب رنگ‌ها ترکیب‌های آلی هستند. اما رنگ دانه‌ها معمولاً از ترکیب‌های معدنی به دست می‌آیند.
هزاران سال است که بشر از رنگینه و رنگ دانه‌ها استفاده می‌کند. اسلاف غارنشین ما، پیکر خویش، و هم‌چنین دیوار خانه‌های خود را با رنگینه‌ها و رنگ دانه‌ها می‌آراستند. نخستین رنگ دانه‌ای که بشر با آن آشنا شده، احتمالاً، خون بوده است. وسمه (یا نیل) از رنگینه‌های آبی باستانی است که همراه با اغلب مواد رنگین قدیمی، از میوه‌ها و عصاره‌ی گیاهان به دست می‌آمدند.
تکوین نخستین تولید انبوه رنگینه‌های صنعتی تا سده‌ی نوزدهم میلادی تحقق نیافت. تا آن زمان، تنها رنگینه‌های در دسترس، رنگینه‌هایی بودند که منشأ طبیعی داشتند و از مواد گیاهی و حیوانی استخراج و تصفیه می‌شدند. نمونه‌ی جالب این رنگینه‌ها، آلیزارین، رنگینه‌ی قرمز مایل به بنفش است که با تخمیر ریشه‌ی گیاه روناس استخراج می‌شد. این رنگینه‌های گیاهی، نسبتاً کارایی ندارند. برخی از آن‌ها به سرعت رنگ خود را از دست می‌دهند و رنگ‌ها نیز اغلب ضعیف هستند. برای به وجود آوردن جاذبه‌ی بیش‌تری بین رنگینه و پارچه، لازم است از یک دندانه استفاده شود. دندانه ماده‌ای است اغلب به صورت ترکیبی از یک فلز نظیر کروم، که با رسوب دادن فرم انحلال‌ناپذیری از یک رنگینه بر روی الیاف پارچه، آن را تثبیت می‌کند.
طبیعت، رنگ‌های بسیار متنوعی دارد. دستاورد صنعت رنگ، فقط نسخه‌برداری از رنگ‌های طبیعی به صورت مصنوعی نبوده است، بلکه هم‌چنین رنگ‌هایی آفریده شدند که هیچ‌گاه در طبیعت مشاهده نشده بودند.
نخستین کسی که در قلمرو رنگینه‌های سنتزی گام نهاد، دانشجوی هجده ساله‌ی شیمی، ویلیام پرکین بود که در سال 1856 میلادی به صورت تصادفی موفق به این کشف بزرگ شد. پرکین، در آزمایشگاه شخصی خود در لندن، در پی سنتز دارویی به نام کینین بود. اما به جای کینین، روشی برای سنتز ترکیبی به رنگی درخشان که آن را ارغوانی روشن خواند، کشف کرد. کشف این رنگ ارغوانی روشن، که رنگی موجی و بادوام داشت، آغاز صنعتی شدن شیمی شد. صنایع بی‌شمار و عظیم شیمیایی که امروزه می‌بینیم از همین کشف ریشه گرفته‌اند.
پرکین، آدم بسیار خوش شانسی بود، نه فقط به این دلیل که به کشف رنگ ارغوانی روشن نایل گشت، بلکه به خاطر مورد پسند بودن این رنگ در آن روزگار نیز بخت با او یار بود. رنگینه‌ی او عملاً به اندازه‌ی هم‌وزنش از پلاتین (طلای سفید) ارزش داشت. پرکین بسیار موفق شد. در سال‌های بعد، چندین کارخانه برای تولید رنگ ارغوانی و سایر رنگینه‌ها در اطراف لندن برپا ساخت و به سرعت ثروتمند شد. پرکین در سن سی و شش سالگی به دریافت لقب سِر (Sir) نایل شد.
رنگینه‌های مصنوعی، خواص ارزشمند پزشکی بسباری نیز بروز دادند. پژوهشگران داروسازی استدلال می‌کردند که اگر رنگینه‌ای باکتری‌ها را بیش از سلول‌های پیرامون آن‌ها رنگ کند، در آن صورت می‌توان آن رنگینه را به عنوان «گلوله‌ای جادویی» برای رساندن زهر به باکتری و مسموم ساختن آن به کار گرفت. پاول ارلیش، در سال 1907، رنگینه‌ای پیدا کرد که نه فقط باکتری‌های عامل بیماری خواب را رنگ می‌کرد بلکه آن‌ها را نابود هم می‌ساخت. کارهای علمی این دانشمند، منجر به پیدا شدن راهی برای درمان بیماری سیفلیس شد.
برای این که رنگینه‌ای بتواند ارزش تجاری پیدا کند باید دارای پنج ویژگی اصلی باشد. برای مثال، لباس‌های رنگ شده برای مدت زمانی طولانی با بدن ما در تماس هستند. بنابراین، رنگینه‌ها باید بی‌خطر باشند. ثانیاً، باید رنگ شدیدی داشته باشند. سوم این که باید در آب (در اغلب موارد) انحلال‌پذیر باشند زیرا مواد را معمولاً با گذراندن آن‌ها از درون یک محلول آبی از رنگینه، رنگ می‌کنند. چهارم این که رنگینه باید از رنگ‌بست خوبی برخوردار باشد، یعنی در اثر شستشو یا زیر تابش نور خورشید رنگ آن زایل نشود. و سرانجام این که نباید اشیای دیگر را که با آن تماس پیدا می‌کنند رنگین سازد.
به جز استثتاهای نادر، اغلب رنگینه‌هایی که در صنایع بافندگی به کار برده می‌شوند ترکیب‌های آلی هستند. برای سنتز موفق یک رنگینه، شیمی‌دان باید گروه‌های عاملی مناسب را با هم ترکیب کند تا بتواند بهترین سازگاری را بین این الزام‌های ضروری به وجود آورد. برخی مولکول‌ها دارای رنگ‌های درخشان هستند ولی بعضی دیگر چنین نیستند. آن‌چه ما آن را رنگ می‌نامیم اثر پدید آمده به وسیله‌ی نور جذب شده یا منعکس شده است. اگر شیئی تمام یا قسمت اعظم تابش را جذب کند سیاه خواهد بود، و در صورتی که تمامی تابش را منعکس سازد به رنگ سفید دیده خواهد شد. اگر فقط نواحی معینی از طیف را جذب کند شیئی رنگی خواهد بود. رنگ واقعی شیئ به طول موج تابشی که منعکس می‌شود بستگی دارد.
اوتو ویت، شیمی‌دان آلمانی، در سال 1876 میلادی، نخستین کسی بود که رنگ یک رنگینه را به ساختار شیمیایی آن مربوط دانست. یک رنگینه از دو بخش تشکیل شده است. نخست، بخشی از مولکول که رنگ را پدید می‌آورد و به رنگ‌ساز مشهور است. وظیفه‌ی بخش دیگر از مولکول، تشکیل پیوند با ماده‌ای است که قرار است رنگ‌آمیزی شود.
رنگ‌سازها، گروه‌های آلی دارای اتم‌های کربن سیر نشده هستند. یک ترکیب کربنی سیر شده، نظیر اتان، دارای ظرفیت تکمیل شده‌ای از هیدروژن است. اما یک ترکیب سیر نشده، نظیر اتن (اتیلن)، شمار کم‌تری هیدروژن نسبت به ظرفیت کامل خود داراست. اغلب رنگینه‌ها، نوع ویژه‌ای از ترکیب‌های سیر نشده مشهور به ترکیب‌های آروماتیک هستند. خصیصه‌ی بارز ترکیب‌های آروماتیک، دارا بودن حلقه‌ی شش گوشه متشکل از شش اتم کربن، یعنی حلقه‌ی بنزنی، است. معمول‌ترین رنگ‌ساز، گروه‌بندی آزو نام دارد که شامل دو اتم نیتروژن است. سیستم‌های آزو الکترون‌های نامستقری دارند که هنگام متصل شدن به ترکیب‌های آروماتیک، تحرک بیش‌تری نسبت به پیوندهای معمولی پیدا می‌کنند.
مولکول‌ها را می‌توان به صورت نوسانگرهایی در نظر گرفت که حالت ایستا ندارند و هم‌چون شکل‌های دو بعدی روی کاغذ رفتار نمی‌کنند. مولکول‌ها قادر به جذب و نشر تابش الکترومغناطیسی، یعنی نورهای دارای بسامدهای گوناگون، هستند. تمام نوسانگرها باید به سهولت تابش دارای بسامد نزدیک به بسامد طبیعی خود را جذب کنند. این پدیده به تشدید یا رزونانس مشهور است.
جذب امواج نوری یا تابش الکترومغناطیسی به همان شیوه‌ای عمل می‌کند که جذب انرژی صوت عمل می‌کند. مثال آشنا برای این پدیده، ارتعاش یک سیم تار است. اگر دو سیم روی یک تار بر روی بسامد یک‌سانی کوک شوند، مرتعش ساختن یکی از سیم‌ها، ارتعاش‌های مشابهی بر روی سیم مجاور به وجود می‌آورد. در رنگینه‌ها، تشدید به معنای جذب تابش دارای بسامد مشخص در همان بخش از طیف است که بسامد حرکت الکترون‌ها در مولکول قرار دارد. آن بخش از نور که جذب نمی‌شود و بازتاب پیدا می‌کند شیئ را رنگین می‌سازد.
گروه‌های آلی که به رنگ‌یار شهرت دارند می‌توانند به چنین ساختاری متصل شوند. این گروه‌ها می‌توانند با تغییر دادن بسامد طبیعی ارتعاش رنگ مولکول را اصلاح کنند. رنگ‌یارهای مختلف اثرهای مختلفی در رنگ‌ساز به وجود می‌آورند که آن هم به نوبه‌ی خود منجر به جذب تابش در سایر بخش‌های طیف می‌شود. شیمی‌دان‌ها معمولاً رنگ‌یارهایی را انتخاب می‌کنند که بر شدت رنگ رنگینه بیافزایند.
شماری از رنگینه‌ها، هنگام قرار گرفتن در اسید یا قلیا، تغییر رنگ می‌دهند. برخی از آن‌ها نظیر لیتموس، متیل اورانژ، و فنل فتالئین چنان تغییر رنگ مشخصی دارند که به عنوان شناساگر (معرف) در آزمایشگاه‌های شیمی به کار گرفته می‌شوند. شناساگرها، اسیدها یا بازهای ضعیفی هستند. هنگامی که یک محلول از حالت اسیدی به حالت قلیایی در می‌آید، فرم اسیدی شناساگر به نمک تبدیل می‌شود (یا نمک به صورت باز در می‌آید). در شناساگرها، تفاوت بسامدهای طبیعی مولکول‌های اسید و نمک، منجر به تغییر رنگ می‌شود.
رنگ‌بستی یک رنگینه، توانایی آن برای حفظ رنگ شدید است. فایده‌ی یک رنگینه نیز به همین خاصیت آن بستگی دارد. نور خورشید، سایش، و آلودگی هوا می‌توانند موجب پریدن رنگ یک رنگینه شوند. همین‌طور آب نیز می‌تواند رنگینه را بزداید. شستشو مهم‌ترین اثر را بر روی رنگ‌بستی رنگینه‌ها دارد. به رغم مد روز شدن لباس‌های جین رنگ پریده، که عمدتاً با روش سایش تولید می‌شوند، رنگ رفتگی لباس‌ها، معمولاً چیز دل‌خواهی نیست. تولیدکنندگان نیز می‌خواهند که فراورده‌های آن‌ها رنگ خود را برای همیشه نگاه دارند.
میل ترکیبی یک رنگینه با الیاف را بی‌واسطگی آن رنگینه می‌نامند که نتیجه‌ی جاذبه‌ی فیزیکی بین رنگینه و لیف (تارهای منسوج) است. ماهیت این جاذبه‌های فیزیکی با نوع رنگینه و لیف تغییر می‌کند. پژوهشگران، طی آزمایش یک رنگینه‌ی جدید، میزان رنگ‌بستی آن در برابر شستشو را با مقیاس یک تا پنج مشخص می‌سازند. تعیین رنگ‌بستی یک رنگینه، کار نسبتاً آسانی است. رنگ‌بستی، در بسیاری از موارد، با انحلال‌پذیری رابطه‌ی مستقیم دارد. پارچه‌های رنگ‌آمیزی شده را به صورت مکرر می‌شویند تا پریدن رنگ آن را تسریع و با استانداردهای پیش و پس از شستشو مقایسه کنند. نمره‌ی پنج بدان معنی است که رنگینه از رنگ‌بستی بسیار بالایی برخوردار است؛ نمره‌ی یک نیز بیانگر این است که رنگینه به سهولت شسته می‌شود.
پژوهشگران به بررسی دو اثر متفاوت ولی هم‌بسته علاقه‌مند هستند. نخست تغییر در شست رنگ، و دوم میزان نشست رنگینه. برای تعیین میزان نشست، یک شیئ رنگ نشده را به شیئ رنگ شده وصل می‌کنند و سپس ضمن شستشو، میزان انتقال رنگ را مورد سنجش قرار می‌دهند. تعیین اثر عامل‌های غیر مایع بر روی رنگینه‌ها دشوارتر است. برای مثال، پرده‌ها به علت قرار گرفتن در معرض نور خورشید، بیش‌تر در معرض خطر رنگ‌پریدگی هستند. پژوهش‌های اخیر در مورد اثر تابش‌های الکترومغناطیسی بر واکنش‌های شیمیایی شامل بنیان‌های آزاد می‌تواند ما را در جلوگیری از رنگ‌پریدگی لوازم خانگی یاری دهد. مهم‌ترین واکنش بنیان آزاد، واکنشی است که بر اُزُن اثر می‌گذارد. واکنش‌های شیمیایی در جو بالای زمین، با تابش فرابنفش کاتالیز می‌شوند. همین‌طور نور خورشید سبب کاتالیز کردن یک واکنش بنیان آزاد در برخی از رنگ‌های زینتی می‌شود و رنگ آن‌ها را می‌پراند.
امروزه در حدود چهار هزار رنگینه تولید می‌شود. علت این تنوع فراوان آن است که رنگینه‌های مختلف برای هدف‌های مختلفی به کار برده می‌شوند. شمار بسیار ناچیزی از رنگینه‌ها اثر یک‌سانی در رنگ‌آمیزی مواد گوناگون دارند.تکوین مواد جدید، چالش مستمری در برابر صنعت رنگ‌سازی که لازم است در جستجوی مواد شیمیایی مناسب برای رنگ‌آمیزی باشد، قرار داده است. بیش‌تر پارچه‌ها، قبل از رنگ‌آمیزی، باید برای این کار آماده شوند. برای مثال، جوشاندن پارچه‌های پنبه‌ای در یک محلول قلیایی، سبب هیدرولیز چربی‌ها می‌شود و روغن‌های طبیعی موجود در لیف را می‌شکند. همین‌طور، چربی (موم) موجود در پشم باید پیش از رنگ‌آمیزی به صورت امولسیون درآید و شسته شود. پنبه را با فرو بردن در یک محلول قلیایی می‌توان مرسریزه کرد. این عمل منجر به متورم شدن الیاف پنبه شده و آن‌ها را بیش‌تر پذیرای رنگینه می‌کند. بالاخره، الیاف خام باید پیش از رنگ‌آمیزی معمولاً رنگ‌زدایی شوند. اگر این کار صورت نگیرد، زردفامی طبیعی پنبه موجب بدرنگ شدن پارچه‌ی رنگ‌آمیزی شده می‌گردد.
تمام رنگینه‌ها را می‌توان به دو دسته‌ی اصلی تقسیم کرد – رنگینه‌های واکنش‌پذیر و رنگینه‌های واکنش‌ناپذیر. از کشف رنگینه‌های واکنش‌پذیر زمان زیادی نمی‌گذرد. میان این رنگینه‌ها و الیاف پارچه واکنش شیمیایی به وجود می‌آید. در نخستین سده پس از کشف رنگ ارغوانی به وسیله‌ی پرکین، تمام رنگینه‌ها از نوع واکنش ناپذیر بودند. از انواع مهم رنگینه‌های واکنش ناپذیر، می‌توان رنگینه‌های بی‌واسطه (برای متمایز شدن از رنگینه‌های دندانه‌ای) و رنگینه‌های خمی را نام برد. این رنگینه‌ها، به طور فیزیکی در الیاف تشکیل دهنده‌ی پارچه به دام می‌افتند.
رنگینه‌های بی‌واسطه هنوز هم به صورت گسترده‌ای مصرف می‌شوند. این رنگینه‌ها به دندانه نیاز ندارند. نخستین رنگینه‌ی بی‌واسطه، قرمز کنگو بود که دارای ساختاری پیچیده، و رنگی شدید و موج‌دار است. در سال‌های پایانی سده‌ی نوزدهم، رنگ قرمز کنگو بسیار متداول شده بود، اما امروزه به علت سرطان‌زا بودن آن به کار برده نمی‌شود. رنگینه‌های بی‌واسطه، مولکول‌های آلی پیچیده‌ای هستند که اغلب یک گروه‌بندی آزو دارند که دو حلقه‌ی بنزنی را به هم متصل می‌سازد.
تنها جزء دیگری که ضروری است، یک الکترولیت، نظیر محلول نمک طعام در آب است. علت این که رنگرزهای سنتی نمک طعام به محلول رنگرزی اضافه می‌کنند همین است. رنگینه‌های بی‌واسطه، به خوبی پشم و ابریشم را رنگ‌آمیزی می‌کنند ولی برای مواد سلولزی نظیر پارچه‌های پنبه‌ای یا کتانی چندان مناسب نیستند. رنگینه‌های بی‌واسطه، هنوز هم بخش عمده‌ای از بازار رنگ را به خود اختصاص داده‌اند. تولید این رنگینه‌ها نسبتاً ارزان تمام می‌شود و طیف گسترده‌ای از رنگ‌ها را نیز پدید می‌آورند. رنگینه‌های مستقیم، به ویژه بر اثر شستشوی مکرر، دست‌خوش رنگ‌پریدگی می‌شوند. تثبیت کننده‌های شیمیایی می‌توانند به دوام رنگ رنگینه‌ها کمک کنند، اما استفاده از این مواد سبب افزایش هزینه‌ی رنگرزی می‌شود و کاربرد محدودی دارد.
نخستین رنگینه‌ی خمی، نیل بود. این رنگینه از وسمه یا گیاه ایندیگوفرا (Indigofera) استخراج می‌شد، اما در سال 1897 میلادی به صورت مصنوعی تهیه شد. با همین رنگینه، لباس‌های جین را به رنگ آبی رنگرزی می‌کنند. امروزه بافته‌ها را با عامل‌های رنگ‌بست‌تری از نیل رنگرزی می‌کنند. اما در روزگار ما، عقب نشینی به صورت یک فضیلت در آمده است و رنگ‌پریدگی لباس‌های جین مد روز شده است. از نظر شیمیایی، فرایند رنگرزی به اکسایش و کاهش نیاز دارد تا امکان پایداری رنگینه بر روی پارچه فراهم آید. عیب عمده‌ی این رنگینه‌ها، هزینه‌ی بالای آن‌هاست و علت گران بودن آن‌ها نیز مفصل بودن فرایند رنگرزی با آن‌هاست. به رغم این مشکلات، رنگینه‌های خمی هنوز هم به صورت گسترده‌ای برای رنگرزی انواع مختلف منسوجات به کار می‌روند.
آخرین نوع رنگینه‌های واکنش ناپذیر که از نظر تجاری اهمیت شایانی دارد، رنگینه‌های آزو است. در این مورد نیز تولید آن‌ها فرایندی پیچیده است که بر هزینه‌ی تولید می‌افزاید. این رنگینه‌ها، رنگ‌بستی خوبی با پارچه‌های پنبه‌ای و سلولزی دارند. کاستی عمده‌ی آن‌ها در این است که اغلبِ رنگینه‌های آزو قرمزند و هیچ یک از آن‌ها رنگ سبز ندارند، و همین امر سبب محدود شدن کاربرد تجاری آن‌ها می‌شود.
کشف رنگینه‌های واکنش‌پذیر در سال 1956 مهم‌ترین گامی بوده است که تاکنون در شیمیِ رنگینه‌ها برداشته شده است. گرفتاری رنگینه‌های واکنش ناپذیر این بود که اغلب در رنگرزیِ دو نوع لیف طبیعی، یعنی پنبه و پشم، ضعیف بودند. در دهه‌ی 1950، بیش‌تر لباس‌ها و منسوجات از پنبه و پشم تهیه می‌شد، و مواد سنتزی (الیاف مصنوعی) بسیار کم‌یاب بودند. در سال 1956، دو شیمی‌دان که در ICI (صنایع شیمیایی سلطنتی – در انگلستان) پژوهش می‌کردند، نخستین رنگینه‌های واکنش‌پذیر را تهیه کردند و آن‌ها را رنگینه‌های پروسیون نامیدند.
ویژگی اصلی رنگینه‌های واکنش‌پذیر، همان طور که از نام آن‌ها بر می‌آید، این است که با مولکول‌های لیف وارد واکنش می‌شوند. این رنگینه‌ها ترکیبی از یک رنگ‌ساز معمولی و یک جزء واکنش دهنده هستند که اولی رنگ شدیدی به وجود می‌آورد و دومی نیز با لیف پیوند ایجاد می‌کند. این رنگینه‌ها به ویژه برای رنگرزی پنبه خوب هستند، و چون رنگینه از نظر شیمیایی به صورت بخشی از لیف در می‌آید، در مقابل رنگ‌رفتگی، بسیار مقاوم هستند. در بریتانیا، ICI به تنهایی در حدود دو هزار نفر را برای تولید رنگینه‌های واکنش‌پذیر به کار گرفته است و از سال 1956 تاکنون، ارزش تولید رنگ پروسیون نزدیک سی برابر افزایش پیدا کرده است. پیش‌تر، اغلبِ رنگینه‌های مصنوعی را از قطران زغال سنگ تهیه می‌کردند، اما امروزه از مواد پتروشیمی برای تهیه‌ی آن‌ها استفاده می‌شود. اغلب رنگینه‌ها، برای جانوران، ماهیان، یا گیاهان بی‌ضرر هستند و معمولاً قابل تجزیه‌ی بیولوژیکی هستند. همین امر، مسأله‌ی کوچکی نیست، مثلاً در موردِ رنگینه‌ی آبی موجود در بسیاری از مایع‌های توالت‌شور که به CI اسید آبی مشهور است (CI نشانه‌ی شاخص رنگ، Color Index، است: تمام رنگینه‌ها دارای یک عدد شاخص رنگ هستند) و به طور میانگین از آن در حدود دوازده میکروگرم در هر لیتر از مایع وجود دارد. سازمان تصفیه‌ی فاضلاب شهر لندن مقدار آن را به چهار درصد این مقدار کاهش داد، زیرا در هر لیتر آب رود تایمز، شش دهم میکروگرم از این رنگینه وجود داشت.
همان طور که گفته شد رنگینه‌های واکنش‌پذیر با الیافی که آن‌ها را رنگ می‌کنند پیوندی شیمیایی به وجود می‌آورند. واکنش آن‌ها با پنبه و پشم، نوعی واکنش شاتن – باومان است. واکنش شاتن – باومان، واکنش بین یک آسیل هالید (ترکیبی آلی از یک گروه کربونیل و یک اتم کلر) و یک گروه هیدروکسی (OH) یا آمینو (NH) است. این واکنش در یک محلول قلیایی نظیر سدیوم هیدروکسید رخ می‌دهد. پنبه از سلولزی تشکیل شده است که آن هم دارای ساختاری شبیه گلوکز است. این مواد دارای گروه‌های هیدروکسیل (OH) هستند. بنابراین، رنگینه‌های واکنش‌پذیر باید دارای اتم کلر متصل به کربن کربنیل باشند تا بین رنگینه و لیف سلولزی واکنش صورت گیرد. پشم از الیاف پروتئینی تشکیل شده است که (پلیمرها یا) بسپارهای پیچیده‌ای از آمینو اسیدها هستند. پیوند نیتروژن – هیدروژن در این مولکول‌ها، می‌تواند با کلر وارد واکنش شود.
نخستین نمونه‌ی رنگینه‌های واکنش‌پذیر، دارای گروه منوکلروتری آزیتیل، به عنوان گروه واکنش‌پذیر، بود. این گروه می‌تواند مانند یک عامل پیوندی بین رنگ‌ساز و لیف عمل کند. فرایند صنعتی تولید رنگینه‌های واکنش‌پذیر، مفصل است. ابتدا رنگینه در آب حل می‌شود، سپس کلرید سدیوم برای کمک به جذب رنگینه به وسیله‌ی پارچه، به محلول افزوده می‌شود. اندکی بعد، قلیا افزوده می‌شود تا واکنش کامل گردد. پس از آن که رنگرزی کامل شد ماده‌ی رنگ شده را کاملاً با آب و صابون می‌شویند تا رنگ اضافی از روی آن حذف شود، و سپس خشک می‌شود. مهم‌ترین مرحله‌ی این فرایند، زمان‌بندی افزایش قلیاست. رنگرزان باید فرصت کافی به الیاف بدهند تا رنگینه را جذب کنند، در غیر این صورت با گروه‌های هیدروکسیل موجود در حلال برهم‌کنش خواهد کرد و بدین ترتیب از کارایی و رنگ‌بستی آن کاسته خواهد شد.
مهم‌ترین رنگ‌دانه‌ی طبیعی، کلروفیل است که در تمام گیاهان سبز وجود دارد. کلروفیل، نمونه‌ای از رنگ‌دانه‌های دارای پورفرین است که مولکولی است متشکل از چهار حلقه پیرول. (حلقه‌ی پیرول دارای چهار اتم کربن و یک اتم نیتروژن است.) در کلروفیل، یک اتم منیزیوم در مرکز حلقه‌ی پورفرین به دام افتاده است. این ترکیب خاص فلز و حلقه، رنگ سبز شدیدی به وجود می‌آورد. با تغییر ساختار شیمیایی می‌توان رنگ را تغییر داد. برای مثال، پورفرین در هموگلوبین با اتم آهن ظاهر می‌شود و خون را به رنگ قرمز در می‌آورد.
اگر اتم منیزیوم کلروفیل کاملاً حذف شود و فلز دیگری جای آن قرار نگیرد، حلقه‌ی باقی مانده رنگ ارغوانی به وجود می‌آورد. این پدیده، هنگام تمام شدن عمر برگ‌ها (برگ‌ریزان) رخ می‌دهد. همین رنگ‌دانه‌ی ارغوانی، همراه با سایر رنگ‌دانه‌های موجود در برگ، رنگ نارنجی مایل به قهوه‌ای تشکیل می‌دهد. به همین دلیل است که رنگ برگ‌ها در فصل پاییز، ابتدا زرد و نارنجی می‌شود و بالاخره به صورت قهوه‌ای در می‌آید.
کلروفیل، تنها بخشی از رنگ سبزی‌های یخ زده را تشکیل می‌دهد. از رنگ‌های خوراکی برای بهبود رنگ استفاده می‌شود. بنابراین رنگ‌های خوراکی و جانشین‌هایی نظیر قرمزدانه و فوفل با رنگ‌های قرمز مشخص، در دسترس هستند. این رنگ‌دانه‌ها از پیکر خرد شده‌ی نوعی حزوک (سوسکِ) ماده به نام Dactylopius cocaus به دست آمده‌اند.
کاروتن، نمونه‌ی خوبی از یک رنگ‌دانه‌ی کاملاً طبیعی است. رنگ آن زرد است و در بسیاری از بافت‌های گیاهی و جانوری یافت می‌شود. نه فقط رنگ زرد هویج، بلکه زردی کره و زرده‌ی تخم مرغ نیز از کاروتن است. رنگ آهن دارای رنگ مشخص قرمز مایل به قهوه‌ای است. این رنگ، همان اکسید آهن است که پایه‌ی تعدادی از رنگ‌دانه‌ها را تشکیل می‌دهد. این اکسیدها را بر روی تخته‌ی شستی نقاشان در خاک سینا، گل ماشین، اخرا (اکسید آب‌دار آهن طبیعی)، کارمین، و روژ می‌توان دید. (خاک سینا عبارت است از خاک دارای اکسیدهای آهن و معمولاً منگنز، که به صورت خام رنگ قهوه‌ای مایل به زرد دارد و پس از پخته شدن به رنگ نارنجی مایل به قرمز یا قرمز مایل به قهوه‌ای در می‌آید و به‌عنوان رنگ‌دانه به کار می‌رود. گل ماشین یا umber ماده‌ی قهوه‌ای رنگی است مرکب از اکسیدهای آهن و منگنز که در سنگ‌کاری به کار می‌رود.)
از اکسید تیتانیوم یا از سولفات سرب رنگ‌های سفید معمولی را تهیه می‌کنند. اکسید تیتانیوم سفید، یا سولفات باریوم، برای تهیه‌ی کاغذهای کاملاً سفید و عالی به کار می‌روند. الترامارین، رنگ‌دانه‌ای آبی رنگ است. این رنگ‌دانه شبکه‌ای از آلومینوسیلیکات است که شماری از اتم‌های گوگرد در آن قرار گرفته‌اند. از ترکیب این اجزا رنگ آبی زیبایی پدید می‌آید که اغلب برای تزیین چینی به کار می‌رود. کاربرد مهم دیگری برای یک رنگ‌دانه‌ی آبی، تهیه‌ی کاغذهای حساس به نور است. این کاغذها موادی دارند که حاوی گروه‌های دیازو (-N=N-) هستند. این گروه‌ها در برابر نور خورشید به هم می‌پیوندند. ریشه‌ی لغت کاغذ کپی (کپی آبی) نیز از همین‌جاست.
رنگینه‌های بی‌واسطه دارای میل ترکیبی طبیعی با ماده‌ای هستند که قرار است رنگ‌آمیزی شود. فقط کافی است که پارچه را در این رنگینه‌ها فرو بریم و یک رنگ همیشگی (یا دست‌کم نسبتاً همیشگی) بر روی آن‌ها بنشانیم. در اواخر سده‌ی هجدهم بشر توانست رنگینه‌ی نیمه مصنوعیِ ایندیگوسولفونیک اسید را از ایندیگو (نیل) و سولفوریک اسید تهیه کند. همین رنگینه برای رنگرزی بی‌واسطه‌ی ابریشم و پشم به کار برده شده است. بسیاری از رنگینه‌های اولیه دارای میل ترکیبی ناچیزی با پنبه بودند. رنگرزان فرایندهای غیر مستقیم را برای غلبه براین مشکل به وجود آوردند. در رنگرزی خمی، رنگینه به صورت بی‌رنگی که دارای میل ترکیبی با پارچه است حل می‌شود. سپس در اثر اکسایشی رنگینه رنگ اصلی خود را باز می‌یابد. در رنگرزی دندانه‌ای، پارچه با یک دندانه، معمولاً یک فلز، عمل‌آوری می‌شود. رنگینه خود را به دندانه متصل می‌کند. برای نمونه، آلیزارین بر روی دندانه‌ی آلومینیوم، قرمز رنگ است، ولی بر روی دندانه‌ی آهن، ارغوانی مایل به سیاه دیده می‌شود.
و در انتها بد نیست به گزیده‌ای تاریخی اشاره کنیم. به دست آوردن کینین از نفتالین فکری بود شورانگیز که پرکین جوان را تحت تأثیر قرار داد. بنابراین در انبار خانه‌ی پدری، آزمایشگاه کوچکی برای خود ترتیب داد و از تعطیلات عید پاک سال 1856 استفاده کرد تا اوقات خود را بی‌دغدغه‌ی خاطر به تجسس گذراند. اما با نهایت تأسف ملاحظه کرد که از فعل و انفعالات، چیزی حاصل نمی‌شود. بار دیگر آزمایش را با آنیلین شروع کرد و این بار رسوب سیاه‌رنگی به دست آورد که چیز با ارزشی به نظر نمی‌رسید. اما هنگامی که این رسوب سیاه‌رنگ را در آب ریخت تبدیل به رنگ بنفش خیره کننده‌ای گردید. پرکین با خود گفت: «این نتیجه چه مفهومی دارد؟ آیا من ماده‌ی رنگین جدیدی به دست آورده‌ام؟» به منظور آزمایش، قطعه‌ای از پارچه را در این محلول فرو برد و مشاهده کرد که پارچه‌ی مزبور بلافاصله رنگین شد اما رنگی که نه آب جوش، نه آب ژاول، و نه حتی حرارت شدید و نور خورشید بر آن اثر نمی‌کردند.
پرکین درواقع مووه‌ئین را کشف کرده بود که اولین ماده‌ی رنگینی است که به وسیله‌ی ترکیب شیمیایی به دست آمد. اما او در حقیقت آخرین حلقه‌ی زنجیر بزرگی را به دست آورده بود که می‌بایست راهنمای شیمی‌دان‌ها در تهیه‌ی رنگ‌های ترکیبی، انواع مواد معطر، مواد منفجر شونده، پلاستیک، بنزین مصنوعی، و نایلون گردد. مسلماً جوان بی‌تجربه‌ی مزبور که موفق به چنین اکتشافی شده بود نمی‌توانست افق جدیدی را که باز شده بود کاملاً ببیند و نتایج مهمی را که می‌بایست به دست آید پیش‌بینی کند. غایت تصور او این بود که ماده‌ی رنگین جدید قابل استفاده است و می‌تواند در دکان‌های رنگرزی در کنار روناس و نیل مقامی را اشغال کند. از این رو بلافاصله بهره‌برداری از آن را به یکی از کمپانی‌هایی که در این کار تخصص داشت، یعنی مؤسسه‌ ی پولار، پیشنهاد کرد....