Lorsque le papier (ou le carton) brûle, la surface du papier située immédiatement devant la flamme subit une pyrolyse pour générer des gaz ; en raison de la diffusion du gaz, la flamme se propage au-delà de la zone de pyrolyse, tandis que la conduction thermique simultanée à l'intérieur du matériau chauffe les surfaces de papier adjacentes à leur température de pyrolyse. L'ignifugation fait référence à la capacité d'un matériau à brûler très lentement lorsqu'il est exposé à une source d'inflammation, et à cesser de brûler et à s'auto--s'éteindre rapidement une fois la source d'inflammation retirée.
Pour conférer des-propriétés ignifuges au papier (ou au carton), une approche à trois-dirigeants est nécessaire : isoler la surface du papier de la flamme pour empêcher la combustion et la propagation de la flamme sur la surface ; réduire ou épuiser l'apport d'oxygène dans l'environnement de combustion pour étouffer la flamme ; et abaisser la température dans la zone de combustion-ou utiliser des-fibres résistantes au feu-pour inhiber la pyrolyse de la surface du papier.
Ces objectifs sont généralement atteints grâce à l’ajout d’agents chimiques appelés retardateurs de flamme. Les retardateurs de flamme atteignent leur objectif grâce à divers mécanismes, notamment les effets endothermiques, les effets d'isolement, les effets de dilution et les effets d'inhibition. Dans des conditions de combustion, les retardateurs de flamme à base de phosphore- génèrent des composés phosphorés volatils et de l'acide phosphorique ; ces substances agissent sous forme gazeuse pour diluer les concentrations d'oxygène et de gaz combustibles, tandis que l'acide phosphorique se transforme en acide métaphosphorique et en acide poly-métaphosphorique, formant un film protecteur polymère non volatil sur la phase solide en combustion. Les retardateurs de flamme à base d'halogène- subissent une décomposition thermique pendant la combustion pour produire des halogénures d'hydrogène ; ces composés éliminent les radicaux libres générés par la dégradation du polymère, retardant ou interrompant ainsi la réaction en chaîne de combustion. De plus, en tant que gaz ininflammables, les halogénures d'hydrogène peuvent former une barrière à haute concentration à la surface du papier et des produits en papier, les isolant efficacement de l'air. L'action ignifuge des borates provient principalement de leur capacité à former un revêtement intumescent vitreux et inorganique ; ce revêtement favorise la formation de charbon, empêche la fuite de substances combustibles volatiles et subit une déshydratation à des températures élevées - fournissant ainsi des effets endothermiques de refroidissement, de moussage et de dilution du combustible -. Lors de la décomposition thermique pendant la combustion, les composés à base d'azote - libèrent des gaz tels que N₂, CO et NH₃, interrompant ainsi l'apport d'oxygène. Les retardateurs de flamme inorganiques-tels que l'hydroxyde d'aluminium (trihydrate d'aluminium)-libèrent de la vapeur d'eau lors de la décomposition thermique ; cette vapeur dilue les gaz combustibles tout en fournissant simultanément un effet de refroidissement et facilite également la formation d'une couche carbonisée qui recouvre la surface du produit en papier. Lors du chauffage, l'hydroxyde de magnésium subit une décomposition thermique, libérant de l'eau cristalline et absorbant la chaleur ; l'oxyde de magnésium stable produit par cette décomposition forme une couche protectrice sur la surface des matériaux combustibles, fournissant ainsi une isolation thermique, tandis que la vapeur d'eau générée réduit la concentration de substances combustibles dans la zone de combustion en phase gazeuse.
