Wenn Papier (oder Pappe) brennt, wird die Papieroberfläche unmittelbar vor der Flamme einer Pyrolyse unterzogen, wodurch Gase entstehen. Aufgrund der Gasdiffusion breitet sich die Flamme über die Pyrolysezone hinaus aus, während gleichzeitig die Wärmeleitung innerhalb des Materials benachbarte Papieroberflächen auf ihre Pyrolysetemperatur erhitzt. Unter Flammschutz versteht man die Fähigkeit eines Materials, sehr langsam zu brennen, wenn es einer Zündquelle ausgesetzt wird, und schnell aufzuhören zu brennen und sich selbst-zu löschen, sobald die Zündquelle entfernt wird.
Um Papier (oder Pappe) flammhemmende Eigenschaften zu verleihen, ist ein dreistufiger Ansatz erforderlich: Isolieren der Papieroberfläche von der Flamme, um Verbrennung und Flammenausbreitung über die Oberfläche zu verhindern; Reduzieren oder Erschöpfen der Sauerstoffversorgung in der Verbrennungsumgebung, um die Flamme zu ersticken; und Senken der Temperatur innerhalb der Verbrennungszone-oder Verwendung feuerbeständiger-Fasern-um die Pyrolyse der Papieroberfläche zu verhindern.
Diese Ziele werden typischerweise durch den Zusatz chemischer Wirkstoffe, sogenannter Flammschutzmittel, erreicht. Flammschutzmittel erfüllen ihren Zweck durch verschiedene Mechanismen, darunter endotherme Effekte, Isolationseffekte, Verdünnungseffekte und Hemmeffekte. Unter Verbrennungsbedingungen erzeugen Flammschutzmittel auf Phosphor--Basis flüchtige Phosphorverbindungen und Phosphorsäure; Diese Substanzen wirken in gasförmiger Form und verdünnen die Konzentrationen von Sauerstoff und brennbaren Gasen, während sich die Phosphorsäure in Metaphosphorsäure und Poly-metaphosphorsäure umwandelt und einen nicht-flüchtigen polymeren Schutzfilm über der brennenden festen Phase bildet. Flammschutzmittel auf Halogen--Basis unterliegen bei der Verbrennung einer thermischen Zersetzung unter Bildung von Halogenwasserstoffen; Diese Verbindungen fangen freie Radikale ab, die beim Polymerabbau entstehen, und verzögern oder unterbrechen dadurch die Verbrennungskettenreaktion. Darüber hinaus können Halogenwasserstoffe als nicht-brennbare Gase eine Barriere mit hoher-Konzentration auf der Oberfläche von Papier und Papierprodukten bilden und diese effektiv von der Luft isolieren. Die flammhemmende Wirkung von Boraten beruht hauptsächlich auf ihrer Fähigkeit, eine glasige, anorganische intumeszierende Beschichtung zu bilden; Diese Beschichtung fördert die Verkohlungsbildung, verhindert das Entweichen flüchtiger brennbarer Substanzen und dehydriert bei hohen Temperaturen-und sorgt so für endotherme Kühlung, Schaumbildung und brennbare-Verdünnungseffekte. Bei der thermischen Zersetzung während der Verbrennung setzen stickstoffbasierte Verbindungen Gase wie N₂, CO und NH₃ frei und unterbrechen dadurch die Sauerstoffzufuhr. Anorganische Flammschutzmittel-wie Aluminiumhydroxid (Aluminiumtrihydrat)-geben bei thermischer Zersetzung Wasserdampf frei; Dieser Dampf verdünnt brennbare Gase und sorgt gleichzeitig für einen Kühleffekt. Zudem erleichtert er die Bildung einer karbonisierten Schicht, die die Oberfläche des Papierprodukts bedeckt. Beim Erhitzen zersetzt sich Magnesiumhydroxid thermisch, wobei Kristallwasser freigesetzt und Wärme absorbiert wird; Das durch diese Zersetzung entstehende stabile Magnesiumoxid bildet eine Schutzschicht über der Oberfläche brennbarer Materialien und sorgt so für Wärmeisolierung, während der erzeugte Wasserdampf die Konzentration brennbarer Substanzen in der Gasphasenverbrennungszone verringert.
