Wanneer papier (of karton) brandt, ondergaat het papieroppervlak direct vóór de vlam pyrolyse om gassen te genereren; als gevolg van gasdiffusie verspreidt de vlam zich buiten de pyrolysezone, terwijl gelijktijdige warmtegeleiding binnen het materiaal aangrenzende papieroppervlakken verwarmt tot hun pyrolysetemperatuur. Vlamvertraging verwijst naar het vermogen van een materiaal om zeer langzaam te branden wanneer het wordt blootgesteld aan een ontstekingsbron, en om te stoppen met branden en snel zelf- te doven zodra de ontstekingsbron is verwijderd.
Om vlamvertragende eigenschappen aan papier (of karton) te geven, is een drieledige aanpak vereist: het papieroppervlak isoleren van de vlam om verbranding en vlamverspreiding over het oppervlak te voorkomen; het verminderen of uitputten van de zuurstoftoevoer in de verbrandingsomgeving om de vlam te smoren; en het verlagen van de temperatuur in de verbrandingszone-of het gebruiken van brand-bestendige vezels- om de pyrolyse van het papieroppervlak te remmen.
Deze doelstellingen worden doorgaans bereikt door de toevoeging van chemische middelen die bekend staan als vlamvertragers. Vlamvertragers bereiken hun doel via verschillende mechanismen, waaronder endotherme effecten, isolatie-effecten, verdunningseffecten en remmingseffecten. Onder verbrandingsomstandigheden genereren vlamvertragers op basis van fosfor- vluchtige fosforverbindingen en fosforzuur; deze stoffen werken in gasvorm om de concentraties van zuurstof en brandbare gassen te verdunnen, terwijl het fosforzuur wordt omgezet in metafosforzuur en poly-metafosforzuur, waardoor een niet-vluchtige polymere beschermende film over de brandende vaste fase wordt gevormd. Vlamvertragers op basis van halogeen- ondergaan thermische ontleding tijdens de verbranding, waarbij waterstofhalogeniden worden geproduceerd; deze verbindingen vangen vrije radicalen op die worden gegenereerd door de afbraak van polymeer, waardoor de verbrandingskettingreactie wordt vertraagd of onderbroken. Bovendien kunnen waterstofhalogeniden, als niet-ontvlambare gassen, een hoge-concentratiebarrière vormen op het oppervlak van papier en papierproducten, waardoor ze effectief worden geïsoleerd van de lucht. De vlamvertragende werking van boraten komt voornamelijk voort uit hun vermogen om een glasachtige, anorganische opzwellende coating te vormen; Deze coating bevordert de vorming van verkoling, belemmert het ontsnappen van vluchtige brandbare stoffen en ondergaat uitdroging bij hoge temperaturen-waardoor endotherme koeling, schuimvorming en brandbare-verdunningseffecten ontstaan. Bij thermische ontbinding tijdens verbranding komen op stikstof-gebaseerde verbindingen gassen vrij zoals N₂, CO en NH₃, waardoor de toevoer van zuurstof wordt onderbroken. Anorganische vlamvertragers-zoals aluminiumhydroxide (aluminiumtrihydraat)-laten waterdamp vrijkomen bij thermische ontbinding; deze damp verdunt brandbare gassen en zorgt tegelijkertijd voor een koelend effect, en vergemakkelijkt ook de vorming van een verkoolde laag die het oppervlak van het papierproduct bedekt. Bij verhitting ondergaat magnesiumhydroxide thermische ontleding, waarbij kristalwater vrijkomt en warmte wordt geabsorbeerd; het stabiele magnesiumoxide dat door deze ontleding wordt geproduceerd, vormt een beschermende laag over het oppervlak van brandbare materialen, waardoor thermische isolatie wordt geboden, terwijl de gegenereerde waterdamp de concentratie van brandbare stoffen in de verbrandingszone in de gasfase vermindert.
