The S c i e n c e  R e p o r t s  o f   t h e  Kanazawa U n i v e r s i t y

65 

The S c i e n c e  R e p o r t s  o f   t h e  Kanazawa U n i v e r s i t y

Vo l .   V I

N o .  2

p p .   6 5 ‑ ‑ ‑ 6 8

May

1 9 5 9   00  the D i e l e c t r i c  Properties of Polycapramide 

By  Mitsuo IDA

( R e c e i v e d  S e p t e m b e r  2 2

1 9 5 8 )   1 .   Introdudion 

On t h e   d i e l e c t r i c   p r o p e r t i e s   o f   polycapramidεFuchino  and  Okada

s t u d i e d   at  f r e q u e n c i e s  higher than 400kcjs ，  and Kawaguchi[2] a t   1 0 0 k c j s .  Nylon which i s  s i m i l a r   on  t h e   s t r u c t u r e   a s   polycapramide  was  studied  i n  d e t a i l   by  Baker and Y a g e r [ 3 ]  at  f r e q u e n c i e s  higher than 1  k c j s .   Th

p r e s e n t author  εxamined  p o l y c a p r a

de d i e l e c ‑ t r i c a l l y  a t  f r e q u e n c i e s  lower than 1  kcjs ，  and found t h a t  polycapramide i s   analogous to  t z . h i g h e r  a l c o h o l s .  

Moreover  i t   was  found  t h

t polycapramide  p l a c

d between  two m e t a l i c   p l a t e s  of  d i f f e r e n t   kinds  developes  an e l e c t r o m o t i v e  f o r c e  i n  a smilar way a s  t h e  phenomenon  discovered by Takeyama[4] i n   n ‑ h i g h e r  a l c o h o l s .  

2

Experimentalprocedure  (Materia l )  

A specimen o f  polycapramide kindly o f f e r e d  by Toyo Rayon C o .  was u s e d .   I t s  m .  p .   i s   about 2 1 0 " C  and  s→ αtransition p o i n t  i s  about 1 5 0 " C .   For t h e  d i e l e c t r i c  measurements  d i s c s   o f   t h e   m a t e r i a l   4.5 cm i n  diameter and 2.0 m m   o r  4.3 m m   i n  thickness  were  made by moulding and machining.  These were covered with  alminum  f o i l s   on  both  f a c e s  using vacuum g r e a s e .  

( D i e l e c t r i c  measurem

Two s o r t s  o f  c i r c u i t s   were used i n  t h e  p r e s e n t   experiment.  In  frequencies  higher 

F i g .  1 .   C i r c u i t  f o r   low frequency m

surement

後

P h y s i c a lI n s t i t u t e

F a c u l t y  o f   S c i e n c e

Kanazawa U n i v e r s i t y  

6 6   ^{民 主 . IDA} 

than 5 0 0  c / s  a  bridge was used i n   t h e  same way a s   d e s c r i b e d  i n  t h e  p r

v i o u spaper

5 J

For t h

lowerfrequency r e g i o n  we construcied a  s p e c i a l   c i r c u i t   a s   shown  i n   F i g .  1  s i m i l a r  t o   t h e  type devisεd by Brown and Ramsay.[6

An RC type o s c i l l a t o r   was usεd f o r  frequ

n c i e shigher than 20 c / s ，  and a  motor‑driven  s i n

potentiometerwas used f o r   f r e q u e n c i e s  o f   1  c / s  and 0 . 5  

(Measurement o f   eledromotive f o r c e )  

The specimen  was melt

d between two m e t a l i c  p l a t e s   ( d i s t a n c

1 . 4m m ，  a r e a   3  cm 勺 o f d i f f e r

1 t kinds  and then s o l i d i f i e d ，  and t h i s   was p l a c e d  i n   a  l i q u i d  p a r a f f i n   b

t hi n  which t h

mperatureo f   t h e  specimen was r e g u l a t e d .  The eledromotive f o r c e   was measured by a  p o t e n t i o m e t e r  o f   1 0

sen

i v i t y .

3 .   Experimental

u l t sand d i

c n s s i o

(Lower temperature r e g i o n )  

The frequency dependency o f  t h e  d i e l e c t r i c   c o n s t a n t  a t   WC i s   shown i n  F i g .  2 .   T h ε   d i s p e r s i o n  

x t r a ‑ l o w

ems t o   be  analogous  t o   t h a t   discovered  i n  

7 

A回 Z 包

5xlO‑'  1 

， 

1 0  

\\\~~

‑' 

1 0 '  

A 

1 0 '  

Fig

2 .   Fr

quencyd

pend

ncyo f   the d i e l

c t r i c c o n s t a n t  a t   8 ' C  

n ‑ h i g h e r   a l c o h o 1 3   a t   2 0 ' C   by  Meakins  and 

u l l e y ， [ 7 J who 

号

I s

t h e   f a c t   by  assuming  t h e   presence  o f   hydrogen‑bonded  chains  o f   hydro

groups capable  o f   reversing  t h e i r   d i r e c t i o n s

I n   polycapramide  a 1 s o   t h e   o r i e n t a t i o n   o f   p o l a r   groups  forming hydrogen bonding N‑H

i s   probably the cause o f   t h e  d i s p e r s i o D .   (Higher tθmperature r e g i o n )  

Th

r e l a t i o n   o f   t h e  r

1p a r t  

and the negative imaginary p a r t   e "   o f  t h e   d i e l e c t r i c  c o n s t a n t  a t   1 5 0 ' C  i 3   shown i n  F i g .  3 .  

The d i r e c t  conductance e r r o r  o f  

1 1 ，  namely the  a d d i t i v e   c o n t r i b u t i o n  t o  

from dc  conductance was c o r r e c t e d  by t h e  s u b t r a c t i o n  o f  t h e  dc conductance  Gdc  from the t o t a l   conductance G  (ω) a t   each frequency

si n  t h e  previous pape r . [ 8 J   The dc conductivity  o f   polycapramid

wasdetermined by a  vacuum tube electromeie   ， r

The graph i n   F i g .  3 i s   a  c i r c u l a r  a r c  with i t s   c

n t e ra  l i t t l e   below t h e  εaXls

At 

lower  frequencies  exp

rim

l t a le r r o r s  became l a r g e r  and below a  l i m i t i n g  frequency 

O

t ノ l e. D i e

c t r i

Properties 0 /   Polycapramitie  67 

εd 

80 

60 

^¥ 

、

、

F i g .  3 .   Complex d i e l e c t r i c   c o n s t a n t  o f   polycapramide  a t   1 5 0

C 

( a b o u t  0 . 5  kc/s) n e i t h e r  ε

nor ε 1 1   could n o t  be measured.  The v a l u e   Gdc  f o r  t h e  case  o f   Fig.3 ammounted t o  5% o f   t h e  t o t a l   conductance a t  20 kc/s and t o   30% a t  0.5kcjs. 

I t   was  supposed  from  t h e  previous s t u d i e s

J [ 2 J   t h a t  a d i f f e r e n t  kind o f  dispersion  w i l l   happen  a t   frequencies  higher  t h a n   20  kc/s ，  but  t h i s   was  n o t   c o n f i r m e d   by  measurement. 

The

bove‑mentionedphenomenon exhibited by polycapramide i n  t h

highert e

p e r a t u r e   r e g i o n  seems t o  be analogous t o  t h a t  found by t h

p r e s e n tauthor

8 J i n  

‑ h i g h e r  a l c o h o l s .   The anomalous  d i e l e c t r i c   p r o p e r t i e s   o f   polycapramide and n ‑ h i g h e r  a l c o h o l s  r n a y   be  s i m i l a r l y  e x p l a i n e d .  

(Electromotive f o r c e )  

The e l e c t r o m o t i v e  f o r c e  developed  by  using  Au and Pt p l a t e s  a s   two e l e c t r o d ε s  i s   shown i n   F i g .  4 a s  an example.  As t o   t h e  p o l a r i  t y   Au  i s   p o s i t i v e  and Pt i s   negativ

The value o f   t h e  e l e c t r o m o t i v e  f o r c e  was n o t   n e c ε s s a r i l y   t h e   same  i n   ev

ry  c a s e ，  but  was  g e n e r a l l y  independent o f   t h e  temperatu

The  d o t t e d  curve i n   F i g .  4 shows  t h e   temper

t u r e dependency o f  t h e  e l e c t r i c  conductivity measured  by a g

lvanometerby using n i c k e l  e l e c t r o d e s .   As t h e   e l e c t r o m o t i  v

f o r c ewas measured by a  potentiomet

i t could  n o t   be measured when  t h e   e l e c t r i c   conducti v i t y  o f   t h e  specimen  was  poo r .   But i t   appeared t h a t  ev

na t  temp 訂 以 u r e s lower  than  1 0 0 ' C   e l e c t r o m o t i v e   f o r c e   was  d e v e l o p ε d .  The p o l a r i  t i e s   o f   t h e   e l e c t r o m o t i  v

f o r c e   developed  by  using  s e v e r a l   metals  a r e  

口lV

' ; 0 0

5 0 0

初日ト

J 

J  / l  E 

2 0 0

， 

J  J  1 0 0

，

，   . ，d ， 

J  J  J  J 

0 8 1  0 

a  1 0 0   1 2 0   1 4 0   1 6 0   1 8 0   '0 

F i g .  4 .   Temperature dependency  ( ' f   t h e  e l e c t r o m o t i v e  f o r c e  developed  i n   polycapramide  by  Au  a n d   pt  p l a t e s ，  and  o f   t h e  e l e c t r i c   conduc‑

t i v i t y  

68 

shown b e l o w .  

ーL

Au  P t  

M

IDA 

Au 

Ni  l  ^P Ni  I Ni  I  ^t   l  ^{Ag  l} 

Ni  Zn 

From  t h i s   we found  t h a t   t h e   p o l a r i t i e s   were  the  same a s  when water was placed  between  t h e   ε l e c t r o d e s   i n s t e a d   o f   polycapramide.  For comparison we measured t h e   electromotive f o r c e  developed  using c e t y J   a l c o h o l  

from  t h e   Eastman  Kodak  C o .   (m. p .   4 8 .   ，  and  found th

tthe p o l a r i  t y  wa3 t h e  same a s  i n  t h e  case  o f   polycapramide.  For  example  t h e   temperature  dependency o f   t h e  eledromotive  f o r c e   developed  using Pt and Ni as two eledrodes i 3  shown i n   ₅

The  f l u c t u a t i o n   o f   th

l e c t r o m o t iv

f o

c e was  conSplCUQUS l n  our

xperiment.

Though t h e  measurement a t  t h e  temperatu

sabove  t h ε   m. p .   was  d i f f i c u l t   on  account  o f   t h e   poor  conductivity ，  electromotive f o r c e   o f   t h e   same o r d e r   o f  magnitude a s  i n  t h e  s o l i d  was a 1 s o  d

t e c t e dwhen  t h e  specimen was i n  t h e  l i q u i d  s t a

Now  we  suppose  t h a t   eledromotive  f o r c e   1S 

?nv 

' 0

8 0  

6 0 1 ‑

4 0 1 ‑

f  ~. ~

•

! cunductlvlty 

2 0  

o ^{1 0}   b ^{3 0}   ‑ ^{4 0}   i ^{5 0} ‑

F i g .  5 .   Temperature  dependency  o f   the e l e c ‑ tromotive f o r c e  develop

d i n  c e t y l  a l c o h o l  by Pt and  Ni p l a t

developed  by polycaprarnide  and  c e t y l   a l c o h o l   f o r   a same  r e a s o n

1n Takeyama's  expe f I m e n t [ 4 J  using Pt and Au as e I e t r o d e s  Pt was po

i t i v eand Au negative  and  he  concluded t h a t  t h e  r n e t a l   with a 1

r g e rwork func t 1 0n showed  p o s i t i v e   p o l a r i t y .   But  i n  our experim

ntusing Pt and  Au was p o s i t i v

andi n  t h a t  using Ag and Ni ，  Ag  was p o s i t i v e  though Ag has a smaller wo

k f u n c t i o n .  

After  a l l ，  t h

o ft h e  electromotive f o r c e  seemed t o   be due t o   t h e  difference  o f   t h e   i o n i z a t i o n   tendencies  o f   t h e   two  metals  with  r e s p e c t   t o   the t r a c

o fwater  work  contain

d i 1 1   t h e   sp

cim

r a t h e r   than  t o   the  difference  o f   the  f u n c t i o n s .   The f a c t  t h a t  the elεctromotive f o r c e  developed hyεspecimens was  l a r g e r  than t h a t   pure sp

cimensseem t o   support t h e  s u p p o s i t i o n .  

The author i s   indehted t o

r .H.  Mitani f o r  the d i e l e c t r i c  r n e a s u r

ements.

告

xpressesh i s  gratitude t o   Toyo Rayon C o .   f o r

t h eg i f t s  o f   p o l y c a p r a r n i d e .  

(1] 

(  2  J  (  3  J 

(4  J  (  5  J 

(6  J  (  7  J 

(8  J 

References 

R  Okada a n d  I C   F u c h i n o   C h e m .  H i g h  p o l y m e r s  ( i

J a p a n e s e )6  ( 1 9 4 9 )  4 9 7

T .   Kawaguchi  I b i d

1 3   ( 1 9 5 6 )   2 8 3 .  

W

0

B a k e r  a n d  W. A Y a g e r   l  A 

S

6 4  

9 4 2 )  2 1 7 1   M. Takeyama  J .   P h y s

S o c

J a p a n  1 2   ( 1 9 5 7 )   1 1 6 7 .   M. I d a   S c L  Rep

Kanazawa U n i v .  2  ( 1 9 5 4 )   2 3  

V

Browna n d   B .   p

Ramsay  Rev

S c L  I n

2 0   ( 1 9 4 9 )  2 3 6

R .   J .   M e a k i n s  a n d   J .   W

M u i l e y   A u s t

J .   S c

Res

A

(1%1) 3 6 5   M. I d a   Sd R e p .  Kanazawa U n i v .  !   5 ( 1 9 5 6 )  7 ̲  

He a l s o