Quando la carta (o il cartone) brucia, la superficie della carta immediatamente davanti alla fiamma subisce una pirolisi generando gas; a causa della diffusione del gas, la fiamma si estende oltre la zona di pirolisi, mentre la contemporanea conduzione di calore all'interno del materiale riscalda le superfici di carta adiacenti alla loro temperatura di pirolisi. Il ritardo di fiamma si riferisce alla capacità di un materiale di bruciare molto lentamente se esposto a una fonte di ignizione e di cessare di bruciare e auto-estinguersi rapidamente una volta rimossa la fonte di ignizione.
Per conferire proprietà ignifughe alla carta (o al cartone) è necessario un approccio su tre livelli: isolare la superficie della carta dalla fiamma per prevenire la combustione e la diffusione della fiamma su tutta la superficie; ridurre o esaurire l'apporto di ossigeno nell'ambiente di combustione per soffocare la fiamma; e abbassando la temperatura all'interno della zona di combustione-o utilizzando-fibre resistenti al fuoco-per inibire la pirolisi della superficie della carta.
Questi obiettivi vengono generalmente raggiunti attraverso l'aggiunta di agenti chimici noti come ritardanti di fiamma. I ritardanti di fiamma raggiungono il loro scopo attraverso vari meccanismi, inclusi effetti endotermici, effetti di isolamento, effetti di diluizione ed effetti di inibizione. In condizioni di combustione, i ritardanti di fiamma a base di fosforo- generano composti volatili del fosforo e acido fosforico; queste sostanze agiscono in forma gassosa per diluire le concentrazioni di ossigeno e gas combustibili, mentre l'acido fosforico si trasforma in acido metafosforico e acido poli-metafosforico, formando un film protettivo polimerico non-volatile sulla fase solida in combustione. I ritardanti di fiamma a base di alogeni- subiscono una decomposizione termica durante la combustione per produrre alogenuri di idrogeno; questi composti eliminano i radicali liberi generati dalla degradazione dei polimeri, ritardando o interrompendo così la reazione a catena di combustione. Inoltre, in quanto gas non-infiammabili, gli alogenuri di idrogeno possono formare una barriera ad alta-concentrazione sulla superficie della carta e dei prodotti di carta, isolandoli efficacemente dall'aria. L'azione-ritardante di fiamma dei borati deriva principalmente dalla loro capacità di formare un rivestimento intumescente vetroso e inorganico; questo rivestimento favorisce la formazione di carbonizzazione, ostacola la fuga di sostanze combustibili volatili e subisce disidratazione ad alte temperature-fornendo così effetti di raffreddamento endotermico, formazione di schiuma ed effetti di diluizione-del combustibile. In seguito alla decomposizione termica durante la combustione, i composti a base di azoto- rilasciano gas come N₂, CO e NH₃, interrompendo così la fornitura di ossigeno. I ritardanti di fiamma inorganici-come l'idrossido di alluminio (triidrato di alluminio)-rilasciano vapore acqueo in seguito alla decomposizione termica; questo vapore diluisce i gas combustibili fornendo contemporaneamente un effetto rinfrescante e facilita inoltre la formazione di uno strato carbonizzato che riveste la superficie del prodotto cartaceo. Dopo il riscaldamento, l'idrossido di magnesio subisce una decomposizione termica, rilasciando acqua cristallina e assorbendo calore; l'ossido di magnesio stabile prodotto da questa decomposizione forma uno strato protettivo sulla superficie dei materiali combustibili, fornendo così isolamento termico, mentre il vapore acqueo generato riduce la concentrazione di sostanze combustibili all'interno della zona di combustione in fase gassosa-.
