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环氧树脂在胶黏剂、涂料、电气绝缘材料和复合材料等领域得到广泛应用。但是因为难以适应现代大规模自动化生产线等问题。因此单组分环氧树脂体系逐渐受到重视，其中关键技术之一是潜伏性固化剂。
潜伏性固化剂一旦受到热、光、湿度、压力等外界作用，就会触发固化反应，形成交联型聚合物材料。利用这一点，可以制备单组分环氧树脂胶黏剂，避免了常规双组分胶黏剂现场混合导致的适用期短、粘度上升快等问题。
最早使用的潜伏性固化剂是双氰胺，它常以粉末状式分散在环氧树脂基体中，可以在常温下储存半年以上。但它的主要缺点是固化温度较高，固化速度较慢。咪唑类化合物是一类高活性固化剂，具有用量少、固化温度低、固化速度快等优势。
尽管环氧树脂/咪唑体系的适用期较短，可以通过咪唑改性来延长适用期。改性咪唑化合物有多种方法，基本原理都是通过封闭其反应活性位点来实现潜伏性。这类改性咪唑化合物在室温下稳定，在一定温度下会分解释放出咪唑分子，从而引发环氧树脂的固化反应。
由于咪唑类化合物及其改性种类丰富，可以通过分子设计技术获得不同潜伏性和固化活性的固化剂，以满足不同的使用需求。
以2-甲基咪唑（2MZ）为基础，通过与1,2,4,5-苯四甲酸（PMA）发生反应，利用咪唑环上的第3位氮原子与有机酸中和，制备了PMA/2MZ盐潜伏性固化剂。这种固化剂的设计有助于研究环氧树脂（E51）与PMA/2MZ体系的固化反应特性。
在室温条件下，首先将127克的PMA溶解于1000毫升甲醇中，然后将41克的2MZ溶解于500毫升甲醇中。接下来将这两种溶液混合，经过30分钟的搅拌后，将产生的沉淀物进行过滤。得到的产物经过球磨机处理，研磨至800目以上，然后在70°C的真空条件下干燥12小时，最终获得白色粉末。
将制得的PMA/2MZ盐中的20.5克（其中2MZ含量为5克）与100克的E51通过高速匀质机混合均匀，从而制备出E51-PMA/2MZ固化体系。采用类似的方法，将5克的2MZ与100克的E51混合，得到E512MZ固化体系。
环氧树脂固化物的制备将之前制备的E51-2MZ和E51-PMA/2MZ胶液倒入模具中，然后在40°C的条件下进行真空脱泡处理，持续30分钟。然后将模具放置在130°C的烘箱中进行固化，持续4小时，最终得到固化的环氧树脂制品。
红外光谱(FTIR)分析采用美国 Nicolet 公司的 NEXUS670型仪器，使用KBr压片法进行样品制备，扫描范围在4000至500 cm波数范围内，分辨率为2 cm^-1。
凝胶时间测定采用美国 Sunshine 公司的 22A 凝胶时间测定仪，按照ASTMD3056-85标准进行凝胶时间的测试。粘度测试采用美国 Brookfield 公司的旋转粘度计进行，以测定样品的粘度。
差示扫描量热(DSC)分析使用德国耐驰公司的 DSC204F1 型仪器，扫描范围从室温升温至280°C。
动态热机械分析(DMA)采用德国耐驰公司的 DMA242E 型仪器，采用三点弯曲模式进行测试，样品尺寸为长50毫米 × 宽10毫米 × 高3毫米，升温速率为2°C/分钟，扫描频率为2赫兹，温度范围从室温升温至280°C，记录贮能模量(G')随温度变化的曲线。
在PMA和2MZ的FTIR图中，PMA的特征性吸收峰位于1700 cm^-1处，代表-COOH的伸缩振动吸收峰。在PMA/2MZ中，该吸收峰的强度明显降低，这可以归因于PMA中部分-COOH官能团的离子化现象。
PMA、2MZ 和 PMA/2MZ 盐的 FTIR 图
2MZ在1605 cm^-1处显示了-N=C的伸缩振动吸收峰。但在PMA/2MZ中，这个特征峰几乎完全消失，这可能是因为-N=C键被完全转化为-NH^+=C的结果。
PMA/2MZ的FTIR图还呈现了两个新的吸收峰。一个位于1635 cm^-1处，归属于-COO的伸缩振动吸收峰，另一个位于1466 cm^-1处，归属于-NH^+=C的变形振动吸收峰。这些新吸收峰的出现进一步表明了PMA/2MZ的化学结构变化，反映了-COOH官能团和-N=C键的转化为新的官能团-NH^+=C的过程。
从表中可以观察到，在较低温度下，E51-PMA/2MZ固化体系的凝胶时间明显长于E51-2MZ固化体系。随着温度升高，两种体系的凝胶时间差异逐渐减小。
当温度升至150°C时，两种体系的凝胶时间基本接近。但在更高的温度下，例如160°C，E51-2MZ固化体系的凝胶时间变得较长，而E51-PMA/2MZ固化体系的凝胶时间变得较短。
这种现象可能是由于PMA/2MZ在较高温度下发生热分解，释放出2MZ分子，导致凝胶时间缩短。所以在不同温度下，E51-PMA/2MZ固化体系的凝胶时间相对稳定，而E51-2MZ固化体系的凝胶时间受温度影响更显著。
贮存稳定性从图中可以明显观察到，随着体系贮存时间的延长，E51-2MZ的粘度快速增加。当贮存时间达到4至6小时时，其粘度已经增长了约1倍。而E51-PMA/2MZ的粘度在50天内几乎没有发生显著变化。大约经过80天的贮存，其粘度增长了约1倍，随后迅速上升。
贮存时间对 E51-2MZ(a)和 E51-PMA/2MZ(b体系粘度的影响
如果将体系粘度增长1倍的时间作为体系的适用期，根据图中的趋势，可以以下结论E51-2MZ的适用期小于6小时，而E51-PMA/2MZ的适用期可达到大约80天左右。
这些结果表明，相较于E51-2MZ，E51-PMA/2MZ体系具有更好的贮存稳定性，其粘度随时间的变化较为缓慢，适用期更长。
为了研究2MZ改性对环氧固化反应的影响，对E51-2MZ和E51-PMA/2MZ体系在不同升温速率下进行了差示扫描量热（DSC）测试。
从图中可以看出，随着升温速率的提高，固化反应的各个温度参数（T_onset、T_peak、T_end）都向高温方向移动。固化起始温度（T_onset）和峰值温度（T_peak）的升高表明固化反应的活性降低。E51-PMA/2MZ体系的固化起始温度、峰值温度和终止温度均明显高于E51-2MZ体系。
E51-2MZ 和 E51-PMA/2MZ 系的非等温固化动力学参数
为了更深入地评价环氧树脂体系的固化反应动力学，使用Kissinger模型和Ozawa模型进行分析。根据这些模型，可以计算出固化反应的活化能（E_a）和固化反应级数（n）。以下是两种体系的模型计算结果：
Kissinger模型：E51-2MZ：E_a = xxx kJ/mol，n = x.x
E51-PMA/2MZ：E_a = xxx kJ/mol，n = x.x
Ozawa模型：E51-2MZ：E_a = xxx kJ/mol，n = x.x
E51-PMA/2MZ：E_a = xxx kJ/mol，n = x.x
Kissinger (a) 和 Ozawa (b) 法求固化反应活化能的线性回归图
可以发现E51-PMA/2MZ体系的E_a值明显高于E51-2MZ体系，这说明PMA/2MZ改性导致环氧固化反应的活性降低。这与DSC测试中固化反应温度参数的变化趋势相一致。
在50°C以下，两种体系的k值都很低。在50°C至206°C之间，E51-2MZ体系的k值高于E51-PMA/2MZ体系。而在206°C以上，E51-PMA/2MZ体系的k值高于E51-2MZ体系，且随着温度升高，两种体系的k值差距越明显。
Kissinger 模型得到的固化体系的 k-T 关系曲线
这说明E51-PMA/2MZ体系在低温下的固化活性较低，而在高温下的固化活性较高，因此可以得出 E51-PMA/2MZ体系在室温下具有良好的贮存稳定性，在高温下具有较高的固化活性。
通过DSC测试和动力学模型分析，可以得出E51-PMA/2MZ体系的固化反应活性明显低于E51-2MZ体系。
环氧固化物的 G-T 关系曲线
固化产物的玻璃化温度通过观察图表，可以发现E51-PMA/2MZ固化产物在整个温度范围内都表现出比E51-2MZ固化产物更高的贮能模量（G'）。
如果从G'-T关系曲线中寻找折点，其对应的温度可以被视为玻璃化转变温度（T_g）。E51-PMA/2MZ固化产物的T_g约为171°C，而E51-2MZ固化产物的T_g为143°C。因此E51-PMA/2MZ固化产物的T_g比E51-2MZ固化产物高出28°C。
这种差异可以解释为在E51-PMA/2MZ体系中，PMA分子结构中的苯环和四元羚酸的存在增加了固化产物的刚性和交联密度。
这使得E51-PMA/2MZ固化产物在一定温度范围内表现出更高的贮能模量，从而显示出较高的刚性和稳定性。而E51-2MZ固化产物的T_g较低，表明其在相同温度下具有较低的刚性和交联密度。
以2-甲基咪唑（2MZ）为基体，采用1,2,4,5-苯四甲酸（PMA）作为改性剂，通过利用咪唑环上的第三位氮原子与有机酸中和的方法，成功制备了PMA/2MZ环氧树脂潜伏性固化剂。
将环氧树脂（E51）与PMA/2MZ组合形成潜伏性固化体系，与传统的E51-2MZ体系相比，在较低的固化温度下，E51-PMA/2MZ体系的凝胶时间明显延长。
但随着温度的升高，两者的差异逐渐减小。在室温下，E51-2MZ体系的粘度快速上升，导致适用期不足6小时，而E51-PMA/2MZ的粘度在50天内几乎保持不变，适用期可延长至约80天。
采用差示扫描量热法（DSC）结合Kissinger模型和Ozawa模型，对两种体系的非等温固化行为进行研究。E51-PMA/2MZ体系的固化反应温度和表观活化能（E）明显高于E51-2MZ体系。
在较低温度下，E51-PMA/2MZ体系的固化反应速率（k）低于E51-2MZ，但在一定温度范围内，E51-PMA/2MZ体系的k值高于E51-2MZ，表明E51-PMA/2MZ体系在低温下的固化活性较低，但在高温下的固化活性较高。
动态热机械分析（DMA）结果显示，对E51-2MZ和E51-PMA/2MZ固化产物进行了研究。由于E51-PMA/2MZ体系中存在苯环和多元羚酸，其贮能模量（G）和玻璃化转变温度（T_g）均明显高于E51-2MZ体系。
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